一種雙向全橋dc-dc變換器的pwm控制方法
【技術領域】
[000。本發(fā)明設及雙向直流變換器，尤其設及一種適用于雙向全橋DC-DC變換器的PWM控制方法。
【背景技術】
[0002] 雙向全橋DC-DC變換器是能量可W在變換器的兩側雙向流動的。由于在一套拓 撲結構上，實現(xiàn)了相當于2個單向DC-DC變換器的功能，所W在需要能量雙向流動的應 用中，如直流微網(wǎng)、電動汽車等場合，可W大幅減小系統(tǒng)的體積和成本。典型的雙向全橋 DC-DC變換電路的控制方式，研究比較多的是傳統(tǒng)移相控制和雙重移相控制，但是隨著電 壓調(diào)節(jié)比的增大，回流功率也在增大。沒有從根本上消除功率回流現(xiàn)象，使得功率器件、磁 性元件的損耗增大，降低了變換器工作效率，關鍵是功率回流現(xiàn)象的存在，嚴重影響了變換 器的工作效率。
[0003] 為了改進上述控制方法的缺點，減小雙向全橋DC-DC變換器的功率回流和電流 應力，本發(fā)明提出一種電感電流過零PWM控制方法，相比移相控制，它完全消除了功率回流 現(xiàn)象，且具有更小的電流應力，同時簡化了全橋兩側開關管，驅(qū)動信號的關系，使得實現(xiàn)靈 活性增強。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提出了一種電感電流過零PWM控制方法，W解決現(xiàn)有技術中的不足，完全 消除了功率回流現(xiàn)象，且具有更小的電流應力。
[0005] 本發(fā)明提出的電感電流過零控制，可W完全消除上述功率回流現(xiàn)象，從而提高功 率的傳輸效率。通過檢測電感電流過零時刻，切斷全橋一側的電流傳輸路徑，來阻止功率回 流現(xiàn)象的發(fā)生。下面具體從兩個方面來分析電感電流過零控制的工作原理和工作狀態(tài)。討 論過程中都有條件Ul〉nU2滿足。
[0006] 正向Ul側到U2側，變換器工作狀態(tài)分析。假設變換器已工作于穩(wěn)定狀態(tài)，根據(jù)圖 2所示的電感電流過零控制的工作原理波形，將變換器正向功率傳輸?shù)墓ぷ鳡顟B(tài)，分為4種 狀態(tài)，由于對稱的關系，此處只說明前2種狀態(tài)，后2種狀態(tài)同理可知。
[0007] 狀態(tài)1 階段。如圖1和圖2所示，在to時刻，Ql和Q4導通，Q5和Q8也導 通，此時的電感電流iL為0,電感的端電壓為Ul-nU2,那么導致電感中的電流iL從0開始 逐漸增加。在此狀態(tài)下，Ul側向U2側正向傳輸功率，同時Ul側向電感Ll中儲能。
[000引狀態(tài)2:tl-t2階段。如圖1和圖2所示，在tl時刻，Ql關斷，Q3和Q4導通，Q5和 Q8也導通，此時電感電流iL為扣l-nU2)Ton/L。電感的端電壓為-nU2,那么由于Q3和Q4 導通，給電感電流的續(xù)流提供了通路，使得電感中存儲的能量繼續(xù)正向送入U2側。在tl-t2 階段中檢測電感電流是否過零，若過零則說明，儲存在電感中的能量W完全送入U2側，此 刻Q4關斷，W防止U2側向Ll儲能，即阻止功率回流現(xiàn)象的發(fā)生。上述2種狀態(tài)，描述了前 半個工作周期內(nèi)，功率從Ul側傳送到U2側的情況。在后半個工作周期內(nèi)，且在t3-t4階段 中檢測電感電流是否過零，若過零則說明，儲存在電感中的能量W完全送入U2側，此刻Q3 關斷，W防止U2側向Ll儲能，即阻止功率回流現(xiàn)象的發(fā)生。其他只是相應的電壓和電流的 極性相反，工作原理和前半個工作周期是一樣的。
[0009] 假設變換器已工作于穩(wěn)定狀態(tài)，根據(jù)圖3所示的電感電流過零控制的工作原理波 形，將變換器反向功率傳輸?shù)墓ぷ鳡顟B(tài)分為4種狀態(tài)，由于對稱的關系，此處只說明前2種 狀態(tài)，后2種狀態(tài)同理可知。
[0010] 狀態(tài)1 階段。如圖1和圖3所示，在to時亥Ij, Q3和Q4導通，Q5和Q8也導 通，此時的電感電流iL為0,電感的端電壓為-nU2,那么導致電感中的電流iL從0開始逐 漸向負方向增加。在此狀態(tài)下，U2側向電感Ll中儲能。
[0011] 狀態(tài)2:tl-t2階段。如圖1和圖3所示，在tl時刻，Q3關斷，Ql和Q4導通，Q5和 Q8也導通，此時的電感電流iL為（-nU2)Ton/L。電感的端電壓為Ul-nU2,那么Ql和Q4導 通，給電感電流的續(xù)流提供了通路，使得電感中存儲的能量反向送到Ul側。在tl-t2階段中 檢測電感電流是否過零，若過零則說明，儲存在電感中的能量W完全的送入Ul側，此刻Ql 關斷，W防止Ul側向Ll儲能，即阻止功率回流現(xiàn)象的發(fā)生。上述2種狀態(tài)，描述了前半個 工作周期內(nèi)，功率從肥側傳送到Ul側的情況。在后半個工作周期內(nèi)，且在t3-t4階段中檢 測電感電流是否過零，若過零則說明，儲存在電感中的能量W完全的送入Ul側，此刻Q2關 斷，W防止Ul側向Ll儲能，即阻止功率回流現(xiàn)象的發(fā)生。其他只是相應的電壓和電流的極 性相反，工作原理和前半個工作周期是一樣的。
[001引本發(fā)明的優(yōu)點：由于采用了電感電流過零檢測，完全消除了雙向全橋DC-DC變換 器中的功率回流現(xiàn)象，且具有更小的電流應力，提高了 DC-DC變換器的工作效率。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發(fā)明一實施例雙向全橋DC/DC拓撲結構。
[0014] 圖2為本發(fā)明一實施例正向功率傳輸拓撲中電壓電流波形。
[0015] 圖3為本發(fā)明一實施例反向功率傳輸拓撲中電壓電流波形。
[0016]圖4為本發(fā)明一實施例正向傳輸功率和占空比D的關系。
[0017] 圖5為本發(fā)明一實施例反向傳輸功率和占空比D的關系。
【具體實施方式】
[0018] 下面將結合附圖對本發(fā)明做進一步說明。清楚完整的描述本發(fā)明實施例中的技術 方案?；诒景l(fā)明的實施例，在本領域里的技術人員，若沒有做出創(chuàng)造性的勞動前提下，貝U 所得出所有其他實施例都在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
[0019] 本發(fā)明提出一種雙向全橋DC-DC變換器的PWM控制方法，完全消除了功率回流現(xiàn) 象，且具有更小的電流應力。
[0020] 正向Ul側到U2偵U，如圖1和圖2所示，令t0=0,則tl=Ton，t2=T/2-Ton，其中 Ton<T/2
W(tO-tl)表示，在tO-tl時間階段內(nèi)，Ul側通過電感LI對U2側正向傳送的能量值，
P(to-tl)表示，在to-tl時間階段內(nèi)，Ul側通過電感LI對U2側正向傳送的功率值，
W(tl-t2)表示，在tl-t2時間階段內(nèi)，電感Ll中所存儲的能量釋放到U2偵1|，即正向傳 送的能量值，
P 表示，在tl-t2時間階段內(nèi)，電感Ll對U2側的正向傳送的功率值，由對稱性， 可知正向傳輸?shù)目偣β蕿椋?br>其中D=TonA為占空比，且0《D<nU2/2Ul。f為工作頻率。L為電感Ll的電感量。
[0021] 本發(fā)明又一實施例，帶入具體的參數(shù)，來分析正向傳輸功率和占空比D的關系。令 Ul=300v, U2=100V，n=2, f=50KHz，電感Ll的電感量分別取200地，300地和400地。得到圖 4。從圖4可W看到，隨著占空比D的增大，正向的傳輸功率也在增大。而在其他條件一定 的情況下，正向傳輸?shù)淖畲蠊β手抵缓碗姼蠰l的電感量有關。即電感Ll的電感量越小，貝U 正向傳輸?shù)淖畲蠊β手翟酱蟆?br>[0022] 反向U2側到UU則，如圖1和圖3所示，令t0=0,則tl=Ton，其中Ton<T/2，
W(tl-t2)為tl-t2階段，LI和肥向Ul側送入的總能量， 由對稱性，可知反向的傳送功率為：
其中D=TonA為占空比，且0《0<(0. 5- nU2/2Ul)。f為工作頻率。L為電感Ll的電 感量。
[0023] 本發(fā)明又一實施例，帶入具體的參數(shù)，來分析反向傳輸功率和占空比D的關系。令 Ul=300v, U2=100V，n=2, f=50KHz，電感Ll的電感量分別取200地，300地和400地。得到圖 5,從圖5可W看到，隨著占空比D的增大，反向的傳輸功率也在逐漸增大。而在其他條件一 定的情況下，反向傳輸?shù)淖畲蠊β手缓碗姼蠰l的電感量有關。即電感Ll的電感量越小，貝U 反向傳輸?shù)淖畲蠊β手翟酱蟆?br>【主權項】
1. 一種雙向全橋DC-DC變換器的PffM控制方法，其特征在于，包括：典型雙向全橋 DC-DC拓撲結構，脈寬調(diào)制PWM，電感電流過零檢測，高頻變壓器的一側串入電感，原邊側電 壓大于η倍的副邊電壓。2. 根據(jù)權利要求1所述一種雙向全橋DC-DC變換器的PffM控制方法，其特征在于：Q1 和Q3互補導通，Q2和Q4互補導通，其導通時間由占空比決定，導通控制方式由傳送功率的 方向決定。3. 根據(jù)權利要求1所述一種雙向全橋DC-DC變換器的PffM控制方法，其特征在于：Q5 和Q7互補導通，Q6和Q8互補導通。4. 根據(jù)權利要求1所述一種雙向全橋DC-DC變換器的PffM控制方法，其特征在于：U1 側向U2側傳輸功率或U2側向Ul側傳輸功率，傳輸方向可以隨控制而改變，傳輸功率由占 空比決定。5. 根據(jù)權利要求1所述一種雙向全橋DC-DC變換器的PffM控制方法，其特征在于：U1 側向U2側傳輸正向功率和U2側向Ul側傳輸反向功率，采用不同的控制方式。6. 根據(jù)權利要求1所述一種雙向全橋DC-DC變換器的PffM控制方法，其特征在于：U1 側向U2側傳輸正向功率時，傳輸功率隨占空比的增大而增大，且成平方關系。7. 根據(jù)權利要求1所述一種雙向全橋DC-DC變換器的PffM控制方法，其特征在于：U2 側向Ul側傳輸反向功率時，傳輸功率隨占空比的增大而增大，且成平方關系。8. 根據(jù)權利要求1所述一種雙向全橋DC-DC變換器的PffM控制方法，其特征在于：U1 側向U2側傳輸正向功率時，正向功率為，且O<D〈nU2/2Ul。9. 根據(jù)權利要求1所述一種雙向全橋DC-DC變換器的PffM控制方法，其特征在于：U2 側向Ul側傳輸反向功率時，反向功率且O<D〈(0. 5-nU2/2Ul)。10. 根據(jù)權利要求1所述一種雙向全橋DC-DC變換器的PffM控制方法，其特征在于：沒 有功率回流現(xiàn)象，且具有更小的電流應力。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙向全橋DC-DC變換器的PWM控制方法，為了從根本上消除功率回流現(xiàn)象，且減小雙向全橋DC-DC變換器的電流應力，提出一種電感電流過零控制方法，相比移相控制，它完全消除了功率回流現(xiàn)象，且具有更小的電流應力。通過調(diào)節(jié)占空比，來控制傳輸功率的大小。通過切換不同的控制方式，實現(xiàn)功率傳輸方向的控制。同時簡化了全橋兩側的開關管的驅(qū)動信號的關系，使得實現(xiàn)靈活性增強。
【IPC分類】H02M3/335
【公開號】CN105391304
【申請?zhí)枴緾N201510954127
【發(fā)明人】魏騰飛
【申請人】魏騰飛
【公開日】2016年3月9日
【申請日】2015年12月20日