CN109391155B - 一种用于双向全桥dc/dc变换器的直流偏磁抑制方法 - Google Patents

一种用于双向全桥dc/dc变换器的直流偏磁抑制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于双向全桥DC/DC变换器的直流偏磁抑制方法，属于双向全桥DC/DC变换器电路控制领域，抑制方法包括：计算功率变化后的所需移相角，在所需功率变化后的第一个周期内，对副边的移相角和占空比进行定量的变化，在所需功率变化后的第二个周期开始以稳态的移相角工作。本发明在一个周期内通过对副边交流侧电压的控制使得流经变压器的电流能够迅速恢复到功率变化后的稳态电流，消除其恢复过程的直流偏置，从而抑制偏磁，对于双向全桥DC/DC变换器电路在功率变化的场合应用具有重要意义。

Description

一种用于双向全桥DC/DC变换器的直流偏磁抑制方法
技术领域
本发明双向全桥DC/DC变换器电路控制领域，具体涉及一种用于双向全桥DC/DC变换器的直流偏磁抑制方法。
背景技术
双向全桥DC/DC电路作为一种国内外最常用的拓扑之一，由于其功率密度高、体积重量小、电能传输效率高等优点，引起大家的广泛应用，在中大型的功率应用场合更为常见。
双向全桥DC/DC电路含有高频变压器，高频频变压器是工作频率超过10kHz的电源变压器，主要用于高频开关电源中作高频开关电源变压器。高频变压器可以高效地实现电能传输、升压降压和电气隔离的功能，是电力电子变换器中的重要能量转换器件。但是，由于在电路功率变化的时候，流过变压器的电流会产生一个直流偏置，使得高频变压器出现饱和及偏磁现象，饱和偏磁严重会使得激磁电感迅速减小，单相磁化电流剧增，从而损坏全桥电路的功率开关管，这也成为限制高频隔离全桥电路性能的主要问题。
目前对于负载增加导致偏磁抑制，主要是通过在交流侧将电阻与电感串联起来的方法实现的，目的是在每个周期中通过电阻分压减少加在电感上的偏置方向的电压，从而使得电流慢慢恢复到正常状态，但是此方法的局限性在于其增大了成本和损耗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于双向全桥DC/DC变换器的直流偏磁抑制方法，以实现电路在发生功率变化时的对偏磁问题的抑制。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种用于双向全桥DC/DC变换器的直流偏磁抑制方法，包括以下步骤：
步骤1、根据原先功率P1和所需功率P2，确定原先副边移相角
Figure BDA0001932965670000011
和副边稳态移相角
Figure BDA0001932965670000012
步骤2、将副边稳态移相角
Figure BDA0001932965670000013
减去原先副边移相角
Figure BDA0001932965670000014
得到移相角差值
Figure BDA0001932965670000015
步骤3、将原先副边移相角
Figure BDA0001932965670000016
和移相角差值
Figure BDA0001932965670000017
通过公式
Figure BDA0001932965670000018
得到副边调整移相角
Figure BDA0001932965670000019
步骤4、根据移相角差值
Figure BDA00019329656700000110
确定副边调整占空比d；
步骤5、在所需功率变化后的第一个周期内，采用副边调整移相角
Figure BDA0001932965670000021
对副边进行移相调制，同时将副边占空比调制为副边调整占空比d；
步骤6、在所需功率变化后的第二个周期开始，采用副边稳态移相角
Figure BDA0001932965670000022
对副边进行移相调制，同时将副边占空比恢复为0.5。
与现有技术相比，本发明的显著优点为：本发明的抑制方法进行了定量的计算，在一个周期内通过对副边交流侧电压的控制使得流经变压器的电流能够迅速恢复到功率变化后的稳态电流，消除其恢复过程的直流偏置，从而抑制偏磁，对于双向全桥DC/DC变换器电路在功率变化的场合应用具有重要意义。
附图说明
图1为双向全桥DC/DC变换器拓扑结构图。
图2为本发明控制方法的原理图。
图3为本发明控制方法的控制框图。
图4为本发明控制方法得到的仿真波形图。
具体实施方式
如图1所示，一种双向全桥DC/DC变换器电路，其电路结构为：高频变压器T1的原边与电感Ls串联连接接成桥式结构开关管Sa1至Sa4，副边连接接成桥式结构开关管Sb1至Sb4；原边上下桥臂之间为直流端V1，副边上下桥臂之间为直流端V2；上述高频变压器变比为n；上述开关管均反并联二极管。
如图2所示，本发明控制方法的原理图。在一个周期内，前半周期Sa1和Sa4同时导通，Sa2和Sa3保持关断；后半个周期Sa2和Sa3同时导通，Sa1和Sa4保持关断，使得高频变压器原边电压VAB得到如图2(a)的电压。同一周期内，变压器副边的四个开关管与原边的开关管进行
Figure BDA0001932965670000023
角的移相，得到的高频变压器副边电压VCD得到如图2(a)的电压。高频变压器副边电压VCD折算到变压器原边为nVCD，其中n为变压器的变比。VAB与nVCD的电压差作用在原边的电感Ls上，使得原边电感产生如图2(a)的电流is。通过is实现双向全桥DC/DC变换器功率传输，这是双向全桥DC/DC变换器的移相调制原理，此原理为大家普遍所认识。
在频域中，可以由图1得到：
Figure BDA0001932965670000031
其中
Figure BDA0001932965670000032
为电流is的电流相量，
Figure BDA0001932965670000033
分别为直流端V1和直流端V2的电压相量，ω为角频率；
由于
Figure BDA0001932965670000034
其中IP为
Figure BDA0001932965670000035
的有功分量，IQ为
Figure BDA0001932965670000036
的无功分量；
得到
Figure BDA0001932965670000037
最后得出传输有功功率为：
Figure BDA0001932965670000038
当电路所需功率变化时，所需要的移相角
Figure BDA0001932965670000039
同时也变化。在所需功率变化后的第一个周期的电流起始值I0和转折点I2为：
Figure BDA00019329656700000310
Figure BDA00019329656700000311
而功率变化后稳定的电流I0 ’和I2 ’为：
Figure BDA00019329656700000312
Figure BDA00019329656700000313
其中D和d为初始的移相角占空比和功率变化后的移相角占空比所需变化的值。
若在所需功率变化后的第一个周期将上升沿移相d1T，下降沿移相d2T，则容易得到一个周期内的电流：
Figure BDA00019329656700000314
Figure BDA00019329656700000315
Figure BDA0001932965670000041
Figure BDA0001932965670000042
要使得电流在一个周期内恢复到稳态值，则要使起始值I4＝I0’,I2＝I2’：
Figure BDA0001932965670000043
Figure BDA0001932965670000044
最后解得d1,d2的结果为：
Figure BDA0001932965670000045
Figure BDA0001932965670000046
由此可见只需要在功率变化后的第一个周期内将副边移相(D+d/2)T，即步骤3中的副边调整移相角
Figure BDA00019329656700000421
并且将变压器副边交流电压占空比变化d/2，可以使得流经变压器的电流is在I2的时刻，即半个周期恢复为稳态值，从而有效抑制偏磁。
如图3所示为，本发明的一种用于双向全桥DC/DC变换器的直流偏磁抑制方法，包括以下步骤：
步骤1、根据原先功率P1和所需功率P2，通过功率计算公式
Figure BDA0001932965670000047
分别得到原先副边移相角
Figure BDA0001932965670000048
和副边稳态移相角
Figure BDA0001932965670000049
其中，电路中的原边串联电感Ls，高频变压器变比n，原边直流电压V1和副边直流电压V2；
步骤2、将副边稳态移相角
Figure BDA00019329656700000410
减去原先副边移相角
Figure BDA00019329656700000411
得到移相角差值
Figure BDA00019329656700000412
步骤3、将原先副边移相角
Figure BDA00019329656700000413
和移相角差值
Figure BDA00019329656700000414
通过公式
Figure BDA00019329656700000415
得到副边调整移相角
Figure BDA00019329656700000416
步骤4、将移相角差值
Figure BDA00019329656700000417
通过公式
Figure BDA00019329656700000418
得到副边调整占空比d；
步骤5、在所需功率变化后的第一个周期内，采用副边调整移相角
Figure BDA00019329656700000419
对副边进行移相调制，同时将副边占空比调制为副边调整占空比d；
步骤6、在所需功率变化后的第二个周期开始，采用副边稳态移相角
Figure BDA00019329656700000420
对副边进行移相调制，同时将副边占空比恢复为0.5。
如图4仿真图所示，采用本发明的控制方法，当双向全桥DC/DC变换器工作到0.4s时功率增大，流经变压器的电流is在一个周期之内迅速恢复至直流偏置为0的状态，有效的抑制偏磁问题。

Claims (1)

1.一种用于双向全桥DC/DC变换器的直流偏磁抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、根据原先功率P1和所需功率P2，确定原先副边移相角
Figure FDA0002753308320000011
和副边稳态移相角
Figure FDA0002753308320000012
具体为：
通过功率计算公式
Figure FDA0002753308320000013
和
Figure FDA0002753308320000014
得到原先副边移相角
Figure FDA0002753308320000015
和副边稳态移相角
Figure FDA0002753308320000016
其中，Ls为电路中的原边串联电感，n为高频变压器变比，V1和V2分别为原、副边的直流电压，ω为交流侧角频率；
步骤2、将副边稳态移相角
Figure FDA0002753308320000017
减去原先副边移相角
Figure FDA0002753308320000018
得到移相角差值
Figure FDA0002753308320000019
步骤3、将原先副边移相角
Figure FDA00027533083200000110
和移相角差值
Figure FDA00027533083200000111
通过公式
Figure FDA00027533083200000112
得到副边调整移相角
Figure FDA00027533083200000113
步骤4、根据移相角差值
Figure FDA00027533083200000114
通过公式
Figure FDA00027533083200000115
得到副边调整占空比d；
步骤5、在所需功率变化后的第一个周期内，采用副边调整移相角
Figure FDA00027533083200000116
对副边进行移相调制，同时将副边占空比调制为副边调整占空比d；
步骤6、在所需功率变化后的第二个周期开始，采用副边稳态移相角
Figure FDA00027533083200000117
对副边进行移相调制，同时将副边占空比恢复为0.5。
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