一種非對稱占空比的全橋變換器控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種非對稱占空比的全橋變換器控制方法，主要應(yīng)用于中大功率的全 橋變換電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 隔離DC-DC變換器是一種既能實現(xiàn)電壓變化又能實現(xiàn)電氣隔離的DC-DC變換拓 撲，除了用于電動汽車外，它在分布式發(fā)電、儲能系統(tǒng)、可再生能源發(fā)電以及通訊航天等領(lǐng) 域有廣闊的應(yīng)用前景。在分布式發(fā)電系統(tǒng)中，應(yīng)用于燃料電池電站、軍用移動電源和混合能 源管理系統(tǒng)等。在儲能系統(tǒng)的應(yīng)用中，應(yīng)用于蓄電池儲能系統(tǒng)、超級電容儲能系統(tǒng)、超導(dǎo)儲 能系統(tǒng)和飛輪儲能系統(tǒng)等。在可再生能源系統(tǒng)中，應(yīng)用于風(fēng)能、太陽能發(fā)電等系統(tǒng)。在通訊 和航天應(yīng)用中，用于具有功率因數(shù)校正功能的通訊電源、應(yīng)急電源和航天電源等。而在隔離 DC-DC變換器中，應(yīng)用最廣泛的就是全橋變換器。尤其是在中大功率場合，全橋變換器的應(yīng) 用相當(dāng)廣泛。而常見的全橋變換器的控制方法為移相控制，移相控制法雖然能很好的實現(xiàn) 軟開關(guān)等，但其一大突出的問題就是會產(chǎn)生很大的功率回流，影響變換器的工作效率。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明針對全橋變換器應(yīng)用中經(jīng)常會產(chǎn)生較多功率回流的現(xiàn)象，也即產(chǎn)生較多無 功功率的情況進行了改進，提出了一種非對稱占空比的全橋變換器控制方法，能夠有效地 縮短變壓器原邊漏感電流下降的時間，明顯降低無功功率的產(chǎn)生，提高系統(tǒng)的工作效率。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0005] -種非對稱占空比的全橋變換器控制方法，使全橋電路中的第一橋臂的上開關(guān)管 和下開關(guān)管的導(dǎo)通占空比不相等、第二橋臂的上開關(guān)管和下開關(guān)管的導(dǎo)通占空比也不相 等；并且第一橋臂的上開關(guān)管和第二橋臂的上開關(guān)管的導(dǎo)通占空比相等、第一橋臂的下開 關(guān)管和第二橋臂的下開關(guān)管的導(dǎo)通占空比相等；在單個周期內(nèi)，變壓器的包括漏感與串聯(lián) 電感之和在內(nèi)的原邊的狀態(tài)順序為+1、_1、0,即變壓器原邊的電壓順序為Vin、-Vin、0,其 中Vin>0為輸入電壓；變壓器副邊經(jīng)過整流單元后不通過電感濾波直接與負載相連。
[0006] 所述控制方法的一個控制周期分為連續(xù)的五個階段，其中：
[0007]第一階段：VtU1;
[0008] 在h時刻，第一開關(guān)管和第四開關(guān)管導(dǎo)通，第二開關(guān)管和第三開關(guān)管關(guān)斷；電感電 流iL從零開始以恒定速率上升，并在1^時刻達到最大值iLmaxl;輸入電壓Vin加在變壓 器原邊ab端，Vab=Vin，變壓器工作在+1狀態(tài)；變壓器副邊cd端的電壓為輸出電壓，Vcd =Vo;變壓器變比為n，電感上的電壓VL=Vin-nVo;輸入功率Pin隨著電感電流iL的增 大而增大；
[0009] 第二階段
[0010] 在h時刻，第一開關(guān)管和第四開關(guān)管關(guān)斷，第二開關(guān)管和第三開關(guān)管導(dǎo)通；電感電 流iL開始下降，但仍為正，電流流經(jīng)第二開關(guān)管和第三開關(guān)管的反并聯(lián)二極管形成回路， 給輸入電壓源充電；變壓器原邊ab端電壓為負輸入電壓，Vab= -Vin，變壓器工作在-1狀 態(tài)；變壓器副邊cd端電壓依舊為輸出電壓，Vcd=Vo;電感上的電壓VL= -Vin-nVo,使得 電感電流iL迅速下降，在1:2時刻降為0 ;由于Vab= -Vin〈0,導(dǎo)致輸入功率Pin〈0,產(chǎn)生功 率回流；
[0011] 第二階段：t2〈t〈t3;
[0012] 在本階段，第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管和第四開關(guān)管的狀態(tài)保持與第二 階段一致；電感電流iL從零開始以恒定速率上升，并在t3時刻達到負的最大值-iLmax2， 由于上升時間相差了一個tftpiLmax2〈iLmaxl;變壓器原邊ab端電壓依舊為負輸入電壓， Vab= -Vin，變壓器工作在-1狀態(tài)；變壓器副邊cd端電壓變?yōu)樨撦敵鲭妷?，Vcd=-Vo;電 感上的電壓VL=nVo-Vin;輸入功率Pin隨著電感電流iL絕對值的增大而增大；
[0013]第四階段：t3〈t〈t4;
[0014] 在t3時刻，第二開關(guān)管和第四開關(guān)管關(guān)斷，第一開關(guān)管和第三開關(guān)管導(dǎo)通；電感與 變壓器原邊形成一個回路，電感電流iL絕對值開始減?。蛔儔浩髟卆b端電壓Vab= 0， 變壓器工作在0狀態(tài)；變壓器副邊cd端電壓依舊為負輸出電壓，Vcd=-Vo;電感上的電壓 VL=nVo,使得電感電流iL絕對值迅速下降，在1:4時刻降為0 ;由于nVo小于-Vin-nVo的 絕對值，下降時間t4-t3>t2-t1;由于Vab= 0,導(dǎo)致輸入功率Pin= 0,沒有產(chǎn)生功率回流或 者環(huán)流；
[0015]第五階段：t4〈t〈t5;
[0016] 在本階段，第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管和第四開關(guān)管的狀態(tài)保持與第四 階段一致；全橋變換器停止工作，各個參數(shù)均為〇,變壓器不工作。
[0017] 上述電感為變壓器漏感與串聯(lián)電感之和。
[0018] 上述電感電流iL在第三階段上升的恒定速率與第一階段的恒定速率值相同。
[0019] 本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：
[0020] 本發(fā)明公開的此種非對稱占空比控制方法能夠有效地縮短變壓器原邊漏感電流 下降的時間，抑制功率的回流，相對于常見的全橋控制方法移相控制來說，有效減小了無功 功率，明顯提尚了系統(tǒng)的效率。
【附圖說明】
[0021] 圖1是本發(fā)明選用的一種典型全橋變換器主電路。
[0022] 圖2是圖1所示主電路的各個關(guān)鍵波形。
[0023] 圖3是圖1所示主電路第一階段工作模態(tài)示意圖。
[0024] 圖4是圖1所示主電路第二階段工作模態(tài)示意圖。
[0025] 圖5是圖1所示主電路第三階段工作模態(tài)示意圖。
[0026] 圖6是圖1所示主電路第四階段工作模態(tài)示意圖。
[0027] 圖7是圖1所示主電路第五階段工作模態(tài)示意圖。
[0028] 圖8是仿真得到的電感電流iL、變壓器原副邊電壓Vab和Vcd波形。
[0029] 圖9是仿真得到的輸入功率Pin的波形。
【具體實施方式】
[0030] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做進一步說明。
[0031] 圖1是本發(fā)明選用的一種典型全橋變換器主電路。圖1中，全橋的左右兩個橋臂 的上下開關(guān)管是互補導(dǎo)通的，但上下開關(guān)管的導(dǎo)通占空比是不相等的，即上下開關(guān)管的占 空比是非對稱的，也就意味著每個開關(guān)管導(dǎo)通占空比不為0.5。具體來說，即左橋臂的上開 關(guān)管Q1和下開關(guān)管Q2的導(dǎo)通占空比不相等，右橋臂的上開關(guān)管Q3和下開關(guān)管Q4的導(dǎo)通占 空比也不相等。但是需要滿足，左橋臂的上開關(guān)管Q1和右橋臂的上開關(guān)管Q3的導(dǎo)通占空比 相等，左橋臂的下開關(guān)管Q2和右橋臂的下開關(guān)管Q4的導(dǎo)通占空比相等。同時，在單個周期 內(nèi)，變壓器原邊的狀態(tài)順序為+1、-1、〇,也即變壓器原邊的電壓順序為Vin、-Vin、0。另外， 變壓器副邊經(jīng)過整流單元后不通過電感濾波直接與負載相連。圖1所示主電路的各個關(guān)鍵 波形參見圖2。
[0032] 圖1所示主電路的一個控制周期分為連續(xù)的五個階段，各個階段的工作模態(tài)參見 圖3~圖6。
[0033] 如圖3所示，第一階段：t/tUi
[0034] 在tQ時刻，第四開關(guān)管Q4零電流開通，第三開關(guān)管Q3關(guān)斷，而第一開關(guān)管Qi早已 導(dǎo)通。輸入電壓源、第一開關(guān)管Q1、變壓器原邊（含電感L)、第四開關(guān)管〇4形成回路，副邊二 極管DJPD4導(dǎo)通。此時電感L(變壓器漏感與串聯(lián)電感之和）的電流iL從零開始以恒定速 率上升，并在^時刻達到最大值iLmaxl。在本階段：變壓器原邊（包括漏感與串聯(lián)電感之 和L在內(nèi)）ab端的電壓為輸入電壓Vin，Vab=Vin，變壓器工作在+1狀態(tài)；變壓器副邊cd 端的電壓為輸出電壓V〇,Vcd=Vo;變壓器變比為n，所以電感L上的電壓VL=Vin-nVo; 輸入功率Pin隨著電