CN109962623B - 电流型半桥直流变换器控制方法 - Google Patents

电流型半桥直流变换器控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电流型半桥直流变换器控制方法，第一开关管和第二开关管的导通时间均大于半个周期，第二开关管滞后于第一开关管半个周期；第三开关管和第四开关管的导通时间均为半个周期且两者互补导通，第五开关管和第六开关管的导通时间均为半个周期且两者互补导通；第三开关管、第一开关管和第六开关管间隔相同时间依次关断，第四开关管、第二开关管和第五开关管间隔相同时间依次关断；第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管之间存在移相时间，通过调整移相时间大小，改变漏电感最大电流。本发明采用上述原理的一种电流型半桥直流变换器控制方法，通过调整移相时间的大小，控制电流的最大值，改善变换器的轻载效率。

Description

电流型半桥直流变换器控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子变换器技术领域，尤其是涉及一种电流型半桥直流变换器控制方法。
背景技术
如今，在光伏发电、UPS和能馈电子负载等很多应用场合，由于要并网运行，因此均需要将较低的直流电压升至380V或700V，再通过逆变器变换为工频交流电，高增益直流升压变换器在这些系统中有广泛应用。电流型半桥直流变换器因其具有增益高、电流纹波小、隔离输出等特点而受到了广泛关注。当第三至第六开关管之间不存在桥臂间移相时，虽然可以实现正常的功率传输功能，但是在轻载状况下，漏电感的电流会有很大的电流尖峰，这个电流尖峰会从总电流有效值、漏电感的磁芯损耗等方面增加电路损耗，降低效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种电流型半桥直流变换器控制方法，既能够实现第一开关管和第二开关管的零电流开关，第三开关管至第六开关管的零电压开关，又能够降低电流有效值，改善轻载特性，提高效率。
为实现上述目的，本发明提供了一种电流型半桥直流变换器控制方法，该控制方法基于电流型半桥直流电路，其电路由输入电路、变压器和输出电路组成，所述输入电路由输入电源、输入电容、第一电感、第二电感、漏电感、第一开关管和第二开关管组成，所述输出电路由第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、滤波电容和负载组成，所述输入电路和所述输出电路通过所述变压器连接；
电流型半桥直流变换器控制方法为：所述第一开关管和所述第二开关管的导通时间均大于半个周期，所述第二开关管滞后于所述第一开关管半个周期；所述第三开关管和所述第四开关管的导通时间均为半个周期且两者互补导通，所述第五开关管和所述第六开关管的导通时间均为半个周期且两者互补导通；所述第三开关管、所述第一开关管和所述第六开关管间隔相同时间依次关断，所述第四开关管、所述第二开关管和所述第五开关管间隔相同时间依次关断；
所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管和所述第六开关管之间存在桥臂移相时间Tp，通过调整Tp的大小，依据公式
Figure BDA0002005866910000021
可以改变漏电感最大电流Ipeak。
优选的，所述输入电源的正极分别与所述输入电容的一端、所述第一电感的一端和所述第二电感的一端相连接，所述输入电源的负极分别与所述输入电容的另一端、所述第一开关管的源极和所述第二开关管的源极相连接，所述漏电感的一端分别与所述第一电感的另一端和所述第一开关管的漏极相连接。
优选的，所述变压器原边的一端与所述漏电感的另一端相连接，所述变压器原边的另一端分别与所述第二电感的另一端和所述第二开关管的漏极相连接，所述变压器副边的一端分别与所述第三开关管的源极和所述第四开关管的漏极相连接，所述变压器副边的另一端分别与所述第五开关管的源极和所述第六开关管的漏极相连接。
优选的，所述输出电路的连接方式为：所述负载的一端分别与所述第三开关管的漏极、所述第五开关管的漏极和所述滤波电容的一端相连接，所述负载的另一端分别与所述第四开关管的源极、所述第六开关管的源极和所述滤波电容的另一端相连接。
优选的，按照上述控制方法的周期和开关顺序控制六个开关管，所述第一开关管和所述第二开关管零电流开关，所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管和所述第六开关管零电压开关。
因此，本发明采用上述原理的电流型半桥直流变换器控制方法，能够很好地完成变换器的控制，使变换器稳定工作于高增益模式，通过调整移相时间的大小，控制电流的最大值，改善变换器的轻载效率，控制简单，易于实现。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明电流型半桥直流变换器控制方法的电路示意图；
图2为本发明电流型半桥直流变换器控制方法控制顺序示意图；
图3为本发明电流型半桥直流变换器控制方法波形示意图；
图4-图10为本发明电流型半桥直流变换器控制方法不同模态等效电路示意图。
具体实施方式
实施例
图1为本发明电流型半桥直流变换器控制方法的电路示意图，图2为本发明电流型半桥直流变换器控制方法控制顺序示意图，图3为本发明电流型半桥直流变换器控制方法波形示意图，图4-10为本发明电流型半桥直流变换器控制方法不同模态等效电路示意图，如图1所示，一种电流型半桥直流变换器控制方法，该控制方法基于电流型半桥直流电路，其电路由输入电路、变压器和输出电路组成，所述输入电路由输入电源Vin、输入电容Cin、第一电感L1、第二电感L2、漏电感Lk、第一开关管S1和第二开关管S2组成，所述输出电路由第三开关管S3、第四开关管S4、第五开关管S5、第六开关管S6、滤波电容Co和负载Ro组成，所述输入电路和所述输出电路通过所述变压器T连接。
输入电路的连接方式：输入电源Vin的正极分别与输入电容Cin的一端、第一电感L1的一端和第二电感L2的一端相连接，输入电源Vin的负极分别与输入电容Cin的另一端、第一开关管S1的源极和第二开关管S2的源极相连接，漏电感Lk的一端分别与第一电感L1的另一端和第一开关管S1的漏极相连接。变压器T原边的一端与所述漏电感Lk的另一端相连接，所述变压器T原边的另一端分别与所述第二电感L2的另一端和所述第二开关管S2的漏极相连接，所述变压器T副边的一端分别与所述第三开关管S3的源极和所述第四开关管S4的漏极相连接，所述变压器T副边的另一端分别与所述第五开关管S5的源极和所述第六开关管S6的漏极相连接。
输出电路的连接方式为：负载Ro的一端分别与第三开关管S3的漏极、第五开关管S5的漏极和滤波电容Co的一端相连接，负载Ro的另一端分别与第四开关管S4的源极、第六开关管S6的源极和滤波电容Co的另一端相连接。
如图2-3所示，电流型半桥直流变换器控制方法为：所述第一开关管S1和所述第二开关管S2的导通时间均大于半个周期，所述第二开关管S2滞后于所述第一开关管S1半个周期；所述第三开关管S3和所述第四开关管S4的导通时间均为半个周期且两者互补导通，所述第五开关管S5和所述第六开关管S6的导通时间均为半个周期且两者互补导通；所述第三开关管S3、所述第一开关管S1和所述第六开关管S6间隔相同时间依次关断，所述第四开关管S4、所述第二开关管S2和所述第五开关管S5间隔相同时间依次关断。
所述第三开关管S3、所述第四开关管S4、所述第五开关管S5和所述第六开关管S6之间存在桥臂移相时间Tp，通过调整Tp的大小，依据公式
Figure BDA0002005866910000061
可以改变漏电感最大电流Ipeak。
按照上述控制方法的周期和开关顺序控制六个开关管，第一开关管S1和第二开关管S2零电流开关，第三开关管S3、第四开关管S4、第五开关管S5和第六开关管S6零电压开关。
当流过漏电感Lk的电流由负值线性变化到零后，第三开关管S3和第六开关管S6继续导通，使电流能够反向流过第一开关管S1，然后第三开关管S3、第一开关管S1和第六开关管S6依次关断，则实现了第一开关管S1的零电流关断。当流过漏电感Lk的电流由正值线性变化到零后，第四开关管S4和第五开关管S5继续导通，使电流能够反向流过第二开关管S2，然后第四开关管S4、第二开关管S2和第五开关管S5依次关断，则实现了第二开关管S2的零电流关断。当第三开关管S3关断后，第四开关管S4续流导通，为第四开关管S4的零电压开通创造了条件；当第四开关管S4关断后，第三开关管S3续流导通，为第三开关管S3的零电压开通创造了条件；当第五开关管S5关断后，第六开关管S6续流导通，为第六开关管S6的零电压开通创造了条件；当第六开关管S6关断后，第五开关管S5续流导通，为第五开关管S5的零电压开通创造了条件。
该控制方法在正负半周期内对称，只是方向相反，因此，结合图4至图10介绍正半周期的七种开关模态：
如图4所示，t0-t1开关模态，在t0时刻之前，第二开关管电流iS2已经为零，在t0时刻，第一开关管S1、第三开关管S3和第六开关管S6已经导通，第一开关管电流为Iin保持不变，第二开关管电流iS2为零保持不变，漏电感电流iLk保持-Iin/2不变，第二开关管S2的电压上升到Vo/n，功率通过变压器T传递到负载Ro。
在t1时刻给第二开关管驱动信号Gs2，第二开关管S2零电流开通。
如图5所示，t1-t2开关模态，在该模态中，第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3和第六开关管S6导通，漏电感电流iLk由-Iin/2线性变化到零，第一开关管电流iS1由Iin线性下降至Iin/2，第二开关管电流iS2由零线性上升至Iin/2。
如图6所示，t2-t3开关模态，在该模态中，第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3和第六开关管S6导通，漏电感电流iLk由零线性变化到Iin/2，第一开关管电流iS1由Iin/2线性下降至零，第二开关管电流iS2由Iin/2线性上升至Iin。
如图7所示，t3-t4开关模态，在该模态中，第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3和第六开关管S6导通，漏电感电流iLk由Iin/2线性上升到某一个电流值，该值与移相时间Tp相关，计算式为
Figure BDA0002005866910000071
其中，Dp＝Tp/(2Ts)，Ts为开关周期，fs为开关频率；第一开关管电流iS1由零线性下降至-(Ipeak-Iin/2)，第二开关管电流iS2由Iin线性上升至(Iin/2+Ipeak)。
在时刻t4，移除第三开关管驱动信号Gs3，第三开关管S3关断，第四开关管S4的反并联二极管续流导通，为第四开关管S4的零电压开通创造条件；在时刻t4，由于第四开关管S4的反并联二极管已经续流导通，所以这时给第四开关管驱动信号Gs4可以实现第四开关管S4的零电压开通。
如图8所示，t4-t5开关模态，在该模态中，第一开关管S1、第二开关管S2、第四开关管S4和第六开关管S6导通，变压器T的副边受到钳位，电压为零，因此加在漏电感Lk上的电压也为零，漏电感电流iLk保持恒定，同样的，第一开关管S1和第二开关管S2的电流分别保持为-(Ipeak-Iin/2)和(Iin/2+Ipeak)。
在时刻t5，移除第一开关管驱动信号Gs1，第二开关管S2的反并联二极管导通，电压为零。
如图9所示，t5-t6开关模态，在该模态中，第二开关管S2、第四开关管S4和第六开关管S6导通，变压器T的副边受到钳位，电压为零，因此加在漏电感Lk上的电压也为零，漏电感电流iLk保持恒定，同样的，第一开关管S1和第二开关管S2的电流分别保持为-(Ipeak-Iin/2)和(Iin/2+Ipeak)。
在时刻t6，移除第六开关管驱动信号Gs6，第六开关管S6关断，第五开关管S5的反并联二极管续流导通，为第五开关管S5的零电压开通创造条件；在时刻t6，由于第五开关管S5的反并联二极管已经续流导通，所以这时给第五开关管驱动信号Gs5可以实现第五开关管的零电压开通。
如图10所示，t6-t7开关模态，在该模态中，第二开关管S2、第四开关管S4和第五开关管S5导通，漏电感Lk的电压为负，漏电感电流iLk由Ipeak线性下降至Iin/2，第二开关管S2的电流由(Iin/2+Ipeak)下降至Iin，同时，第一开关管S1的电流由-(Ipeak-Iin/2)降至零，第一开关管S1的电压开始上升，实现了零电流关断。
因此，本发明采用上述原理的电流型半桥直流变换器控制方法，通过上述工作过程可知，第一开关管和第二开关管可以实现零电流开关，第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管可以实现零电压开关；通过控制第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管之间的移相时间Tp，就可以控制漏电感的最大电流Ipeak，从而控制不同功率下的电流有效值，从而控制整体的损耗，能够很好地完成变换器的控制，使变换器稳定工作于高增益模式，改善变换器的轻载效率，控制简单，易于实现。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种电流型半桥直流变换器控制方法，该控制方法基于电流型半桥直流电路，其电路由输入电路、变压器和输出电路组成，其特征在于：所述输入电路由输入电源、输入电容、第一电感、第二电感、漏电感、第一开关管和第二开关管组成，所述输出电路由第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、滤波电容和负载组成，所述输入电路和所述输出电路通过所述变压器连接；
电流型半桥直流变换器控制方法为：所述第一开关管和所述第二开关管的导通时间均大于半个周期，所述第二开关管滞后于所述第一开关管半个周期；所述第三开关管和所述第四开关管的导通时间均为半个周期且两者互补导通，所述第五开关管和所述第六开关管的导通时间均为半个周期且两者互补导通；所述第三开关管、所述第一开关管和所述第六开关管间隔相同时间依次关断，所述第四开关管、所述第二开关管和所述第五开关管间隔相同时间依次关断；
所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管和所述第六开关管组成的移相桥中第三开关管S3和第六开关管S6之间存在桥臂移相时间Tp，依据公式，
Figure FDA0002882689880000011
其中，Vo是输出电压，Vin是输入直流电压源，Lk是漏电感，n是变压器T副边与原边匝数的比值，Dp＝Tp/(2Ts)，Ts为开关周期，fs为开关频率，
通过调整Tp的大小改变漏电感最大电流Ipeak；
所述输入电源的正极分别与所述输入电容的一端、所述第一电感的一端和所述第二电感的一端相连接，所述输入电源的负极分别与所述输入电容的另一端、所述第一开关管的源极和所述第二开关管的源极相连接，所述第一开关管的漏极和所述第二开关管的漏极分别与所述第一电感的另一端和所述第二电感的另一端相连接，所述漏电感的一端连接于所述第一开关管的漏极与所述第一电感的另一端之间，所述漏电感的另一端与变压器的原边一端相连接，所述变压器原边的另一端连接于所述第二电感的另一端与所述第二开关管的漏极之间，所述变压器副边的一端连接于所述第三开关管的源极和所述第四开关管的漏极之间，所述第四开关管的源极与第六开关管的源极相连接，所述变压器副边的另一端连接于所述第五开关管的源极和所述第六开关管的漏极之间，所述第五开关管漏极与所述第三开关的漏极相连接；
所述输出电路的连接方式为：所述负载的一端分别与所述第三开关管的漏极、所述第五开关管的漏极和所述滤波电容的一端相连接，所述负载的另一端分别与所述第四开关管的源极、所述第六开关管的源极和所述滤波电容的另一端相连接。
2.根据权利要求1所述的电流型半桥直流变换器控制方法，其特征在于：按照上述控制方法的周期和开关顺序控制六个开关管，所述第一开关管和所述第二开关管零电流开关，所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管和所述第六开关管零电压开关。
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