抑制高頻隔離型全橋電路動態(tài)偏磁的電路結(jié)構(gòu)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高頻隔離型全橋電路控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種抑制高頻隔離型全橋電路動態(tài)偏磁的電路結(jié)構(gòu)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高頻變壓器是工作頻率超過1kHz的電源變壓器，主要用于高頻開關(guān)電源中作高頻開關(guān)電源變壓器。高頻變壓器可以高效地實現(xiàn)電能傳輸、升壓降壓和電氣隔離的功能，是電力電子變換器中的重要能量轉(zhuǎn)換器件。高頻變壓器的能量傳輸有兩種方式，一種是變壓器傳輸方式又稱作正激方式，即加在一次繞組上的電流，引起磁芯中的磁通變化，使二次繞組感應(yīng)出電壓，從而使電能從一次側(cè)傳送到二次側(cè)；另一種是電感器傳輸方式又稱作反激方式，即在一次繞組施加電壓，產(chǎn)生勵磁電流使磁芯磁化，將電能變?yōu)榇拍艽鎯ζ饋恚缓笸ㄟ^去磁使二次繞組感應(yīng)電壓，將磁能變?yōu)殡娔茚尫沤o負載。
[0003]雙向全橋DC/DC電路作為一種基本正激式電路拓撲結(jié)構(gòu)，常用于隔離型電力電子變換器中。隨著半導體器件性能的提高以及高頻軟磁材料的出現(xiàn)，高頻隔離型全橋電路由于其功率密度高、體積重量小、電能傳輸效率高等優(yōu)點，引起大家的廣泛關(guān)注。但是，由于鐵芯磁化曲線的非線性，使得出現(xiàn)高頻變壓器的飽和及偏磁現(xiàn)象，飽和偏磁嚴重會使得激磁電感迅速減小，單相磁化電流劇增，從而損壞全橋電路的功率開關(guān)管，這也成為限制高頻隔離全橋電路性能的主要問題。
[0004]而目前已展開的針對高頻隔離型雙向全橋電路中變壓器偏磁的研宄，都集中在因開關(guān)周期內(nèi)正反方向微小的伏秒積不平衡經(jīng)時間積分效應(yīng)后導致的穩(wěn)態(tài)偏磁方面，而對于因開關(guān)管連續(xù)兩組正負周期的占空比改變過大導致的動態(tài)偏磁的問題未做深入分析及實驗研宄。
[0005]如圖1所示為高頻變壓器的動態(tài)偏磁狀態(tài)圖。正常工況下，高頻變壓器工作在第一類工作狀態(tài)，即圖中實線部分，若一個恒定幅值、恒定占空比但方向相反的脈沖方波電壓分別加載到變壓器初級繞組一個工作周期的正、負半周中，方波電壓引起變壓器初級繞組內(nèi)的激磁電流在兩個半周期內(nèi)大小相同，方向相反。由圖1可知變壓器磁芯中產(chǎn)生的磁通以零點為中心運行軌跡成一個180度對稱的曲線，即磁滯回線。在一個周期中，磁通密度從正向最大值變化到負向最大值，磁芯中的直流磁化分量大部分被抵消。但是，當開關(guān)管連續(xù)兩組正負周期的占空比改變過大時，即前一次正負交變周期中，鐵芯狀態(tài)停留在臨界飽和點A，若下一周期的正向占空比很小，會使得變壓器電流未退至零點，且由于變壓器工作在高頻開關(guān)狀態(tài)下，變壓器的阻感衰減時間與開關(guān)頻率接近，也無法完全衰減該偏置電流，當與其脈寬一樣的負向脈沖再作用在變壓器兩端，會使得變壓器僅在兩個開關(guān)周期內(nèi)就發(fā)生較大幅度的平衡點偏移，從而出現(xiàn)動態(tài)偏磁現(xiàn)象，高頻變壓器工作狀態(tài)變?yōu)閳D中虛線部分。而一旦偏磁出現(xiàn)，變壓器激磁電感迅速減小，勵磁電流急劇上升，其效果相當于對管直通短路燒毀。
[0006]因此，通過分析高頻變壓器動態(tài)偏磁的機理，提出一種可有效抑制雙向全橋變換器中高頻變壓器動態(tài)偏磁的電路結(jié)構(gòu)及相應(yīng)控制方法。通過限制雙向全橋電路占空比的變換率從而抑制動態(tài)偏磁，同時通過增加交錯并聯(lián)BuckBoost電路彌補雙向全橋動態(tài)調(diào)節(jié)速度的不足，在穩(wěn)態(tài)工況下以較小的直流濾波裝置實現(xiàn)變換器的最小電流紋波輸出特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對因開關(guān)管連續(xù)兩組正負周期的占空比改變過大導致的動態(tài)偏磁的問題，提出一種抑制高頻隔離型全橋電路動態(tài)偏磁的電路結(jié)構(gòu)及控制方法。
[0008]一種抑制高頻隔離型全橋電路動態(tài)偏磁的電路結(jié)構(gòu)，由交錯并聯(lián)BuckBoost電路、高頻隔離雙向全橋DC/DC變換器電路組成；其中，交錯并聯(lián)BuckBoost電路包含電容Cl和C2、電感LI和L2、開關(guān)管SI至S4、二極管Dl至D4 ;高頻隔離雙向全橋DC/DC變換器電路為在高頻變壓器Tl的初級端連接接成橋式結(jié)構(gòu)的自帶反并二極管的開關(guān)管Sal至Sa4，次級端連接接成橋式結(jié)構(gòu)的自帶反并二極管的開關(guān)管Sbl至Sb4 ;次級端連接的橋式結(jié)構(gòu)的上下橋臂之間并聯(lián)高壓直流母線電容C3。
[0009]所述交錯并聯(lián)BuckBoost電路中的電容Cl的一端與電感LI和L2的一端相連，電感LI的另一端與開關(guān)管S2的源極以及開關(guān)管S4的漏極相連，S4的源極與電容C2的一端相連，電感L2的另一端與開關(guān)管SI的源極以及開關(guān)管S3的漏極相連，開關(guān)管S3的源極與電容C2的一端相連，電容Cl的另一端與開關(guān)管SI的漏極、開關(guān)管S2的漏極以及電容C2的另一端相連，電容C2與高頻變壓器Tl的初級端連接的橋式結(jié)構(gòu)的上下橋臂并聯(lián)。
[0010]一種抑制高頻隔離型全橋電路動態(tài)偏磁的控制方法，包括:
[0011 ] 步驟1、啟動高頻隔離雙向全橋DC/DC變換器電路時采用固定2%的小占空比開環(huán)方式為高頻變壓器Tl做磁鍛煉，使其剩磁趨于零；
[0012]步驟2、連續(xù)采樣高頻變壓器Tl的電流信號并對其做時間積分，從而避免因開關(guān)周期內(nèi)正反方向微小的伏秒積不平衡經(jīng)時間積分效應(yīng)后導致的穩(wěn)態(tài)偏磁；
[0013]步驟3、當變換器電路的電流指令的變化率小于高頻變壓器動態(tài)偏磁閥值時，高頻隔離雙向全橋DC/DC變換器電路工作在電流閉環(huán)狀態(tài)下，而交錯并聯(lián)BuckBoost電路工作在50%占空比開環(huán)運行狀態(tài)下，并能實現(xiàn)最小電流紋波輸出；
[0014]步驟4、當變換器電路的電流指令的變化率大于等于高頻變壓器動態(tài)偏磁閥值時，高頻隔離雙向全橋DC/DC變換器電路維持在當前占空比下開環(huán)工作，而交錯并聯(lián)BuckBoost電路工作在電流快速閉環(huán)狀態(tài)下，從而快速改變變換器電路的輸出功率。
[0015]本發(fā)明的有益效果在于:高頻變壓器動態(tài)偏磁閥值內(nèi)的電流變化率可以保證高頻變壓器不會瞬時因前后兩次開光管占空比相差過大導致工作在飽和點附近的情況。同時，控制系統(tǒng)依然會采樣變壓器電流信號并對其做時間積分，從而避免因開關(guān)周期內(nèi)正反方向微小的伏秒積不平衡經(jīng)時間積分效應(yīng)后導致的穩(wěn)態(tài)偏磁。并且在變換器啟動時采用固定2%的小占空比開環(huán)方式為高頻變壓器做磁鍛煉，使其剩磁趨于零后，再進入閉環(huán)運行。
【附圖說明】
[0016]圖1為高頻變壓器的動態(tài)偏磁狀態(tài)圖；
[0017]圖2為抑制高頻隔離型全橋電路動態(tài)偏磁的電路結(jié)構(gòu)；
[0018]圖3為常規(guī)控制方法得到的實驗波形圖；
[0019]圖4為本發(fā)明控制方法得到的實驗波形圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖，對優(yōu)選實施例作詳細說明。