一種雙管隔離型變換器及其控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于電力電子變換器領域，具體涉及一種雙管隔離型變換器及其控制方 法。
【背景技術】
[0002] 雙管正激變換器適合于高輸入電壓和中小功率場合，電路結構簡單、開關管應力 低、變換效率高，尤其是沒有直通隱患而具備高可靠性，在航天器等工作于空間輻照和強電 磁環境下的電源供電系統等領域獲得了廣泛應用。但是傳統雙管正激類變換器存在輸出整 流二極管反向恢復、電壓振蕩等缺點，開關管為硬開關工作，開關損耗大，而且由于濾波單 元采用大電感與電容結合的電路，使得變換器的體積普遍較大，占用空間大。傳統雙管正激 變換器通過調節開關管的占空比來進行調節控制，調節方式單一，無法有針對性地進行調 節以提高變換器的效率。
【發明內容】
[0003] 發明目的：提出一種雙管隔離型變換器，輸出濾波電路采用電容濾波，一方面減少 了磁性元件的使用，使得濾波電路的體積減小，另一方面解決了整流二極管的寄生振蕩、反 向恢復的問題，實現了開關管的零電流開通，減小開通損耗。同時提出一種新型的PWM加變 頻的分段優化組合控制方案，該控制方案可以結合不同的優化目標，有針對性地調節控制 方式，使變換器工作更為高效。
[0004] 技術方案：
[0005] 本發明為解決上述技術問題，提出了一種雙管隔離型變換器，包括變壓器Tr(原 邊、副邊），開關管Qi、Q2(Di、D2分別為對應體二極管），二極管D3、D4、D5,緩沖電感Lr (可由變壓 器漏感實現）、濾波電容C。，負載電阻R。。所述開關管可為MOS管。
[0006] 開關管&源極端與二極管D3陰極相連，并且與緩沖電感Lr的一端連接;開關管Q 2漏 極端與二極管D4陽極端相連，并且與壓器Tr原邊繞組的異名端連接;開關管Q 1漏極端、二極 管D4陰極端同時連接到輸入電源正極;開關管Q2源極端、二極管D 3陽極同時連接到輸入電源 負極;變壓器Tr原邊繞組的同名端連接到緩沖電感Lr的另一端。變壓器T r副邊繞組的同名端 與二極管〇5陽極相連，二極管05陰極與濾波電容C。的正極端、負載電阻R。的一端連接;變壓 器T r副邊繞組的異名端與濾波電容C。的負極端、負載電阻R。的另一端連接。
[0007] 所述MOS管可由IGBT、三極管替換，替換原則如下：所述MOS管的漏極對應三極管、 IGBT的集電極，所述MOS管的源極對應三極管、IGBT的發射極。所述緩沖電感Lr可以是外加 電感，也可由變壓器漏感提供。
[0008] 雙管隔離型變換器，其控制方案為一種新型的PmdJP變頻的分段優化組合控制方 案:第一電壓傳感器的輸入端連接在輸入電源的正、負兩級之間，第二電壓傳感器的輸入端 連接在濾波電容C。的正、負兩級之間；減法器的正輸入端與負輸入端分別接輸出電壓基準 值發生器的輸出端信號(V r e f)與第二電壓傳感器的輸出端信號(V。f )，減法器的輸出端信號 (Ve)連接到電壓調節器的輸入端;控制方式選擇器的第一輸入端與第二輸入端分別接第一 電壓傳感器的輸出端信號(Vinf )與電壓調節器的輸出端信號(Vr)，控制方式選擇器的第一 輸出端信號（Δ fsi)、第二輸出端信號（Δ D)、第三輸出端信號（Δ fS2)分別接第一加法器的 第一正輸入端、第二加法器的第一正輸入端、第三加法器的第一正輸入端;第一加法器的第 二正輸入端、第三加法器的第二正輸入端均連接到頻率基準值生成器的輸出端信號 (fsrrf)，第二加法器的第二正輸入端連接到調制比基準值生成器的輸出端信號(Do);第一加 法器的輸出端信號（f Sl )、第二加法器的輸出端信號(Drrf )、第三加法器的輸出端信號(fs2 ) 分別連接到第一變頻調制器的第一輸入端、恒頻脈寬調制器的第一輸入端、第二變頻調制 器的第一輸入端；第一變頻調制器的第二輸入端連接最大調制比生成器的輸出端信號 (D max)，恒頻脈寬調制器的第二輸入端連接頻率基準值生成器的輸出端信號(fsref)，第二變 頻調制器的第二輸入端連接到最小調制比生成器的輸出端信號(D min);或門的第一、第二、 第三輸入端分別連接第一變頻調制器的輸出端、恒頻脈寬調制器的輸出端、第二變頻調制 器的輸出端;或門的輸出端信號作為開關管QhQ 2的驅動信號。
[0009] 根據權利要求4中的控制方式選擇器以輸入電壓大小作為變換器工作模式劃分依 據：當第一電壓傳感器的輸出端信號(Vinf)小于第一標準值％時，通過控制方式選擇器選擇 第一加法器，降低第一加法器的輸出端信號(f sl)，同時保持最大調制比生成器的輸出端信 號(Dmax)不變，通過第一變頻調制器得出調制信號；當第一電壓傳感器的輸出端信號(V inf) 大于第二標準值％時，占空比隨之減小，不利于效率的提升，此時通過控制方式選擇器選擇 第三加法器，增加第三加法器的輸出端信號（f s2)，同時保持最小調制比生成器的輸出端信 號(Dmin)不變，通過第二變頻調制器得出調制信號；當第一電壓傳感器的輸出端信號(V inf) 大小在第一標準值V1與第二標準值V2之間時，通過控制方式選擇器選擇第二加法器，調節第 二加法器的輸出端信號(D ref)的大小，同時保持頻率基準值生成器的輸出端信號(fsref)不 變，通過恒頻脈寬調制器得出調制信號。由此，可針對不同變換器、不同的優化目標，劃分不 同工作模式的邊界點，有針對性的實現高效的控制策略。
[0010] 與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：
[0011] 1、該電路結構比傳統的變換器結構減少了一個大電感和一個二極管，減少了元器 件，特別是磁性元件的使用，減小了變換器的體積、重量；
[0012] 2、從根本上解決了輸出整流二極管反向恢復、寄生振蕩的問題；
[0013] 3、實現了開關管的零電流開通；
[0014] 4、新型PmdJP變頻分段優化組合控制方案可以針對不同的優化目標，變換器工作 更加高效。
【附圖說明】
[0015] 圖1為雙管隔離型變換器及其控制策略框圖；
[0016] 圖1中符號名稱：Tr--變壓器（原邊繞組Wl^uawshQ1WQ2--開關管；D!~ D2--開關管Qi~Q2對應的體二極管；D3~D5--二極管；Ids--流經二極管D5的電流； Lr 緩沖電感；III· 緩沖電感電流；Vp 緩沖電感輸入側電壓；C。 濾波電容， Ro--負載電阻；Vref--輸出電壓基準值；V。--輸出電壓；Vof--輸出電壓檢測值； Ve 電壓調節器輸入?目號值;Vr 電壓調節器的輸出?目號值;Vinf 輸入電壓檢測值； Vin--輸入電壓；Afsl--控制方式選擇器的第一輸出端信號值；Δ D--控制方式選擇 器的第二輸出端信號值；Afs2-一控制方式選擇器的第三輸出端信號值;fsref-一開關頻 率基準值;Dq 調制比基準值;f Sl 第一加法器的輸出端彳目號;Dref 第二加法器的 輸出端?目號；fs2 第二加法器的輸出端彳目號；Dmax 最大調制比生成器的輸出?目號； Dmin--最小調制比生成器的輸出信號;UQl~UQ2--開關管Ql~〇2的驅動信號；
[0017]圖2為雙管變換器的工作波形；
[0018] 圖2中符號名稱：to~t4一一雙管隔離型變換器在一個開關周期內的時間節點； ILrl--緩沖電感電流在。時刻的值;Ih--變壓器勵磁電流；
[0019] 圖3為雙管變換器在一個周期內的工作模態；
[0020] 圖4為新型PffM加變頻分段優化組合控制方案的示意圖；
[0021 ]圖5為新型PffM加變頻分段優化組合控制方案的流程圖。
【具體實施方式】
[0022] 下面結合附圖對本發明的技術方案進行詳細說明：
[0023] -、提出了一種雙管隔離型變換器。
[0024] 雙管隔離型變換器電路拓撲如圖1所示，包括變壓器Tr(原邊、副邊），開關管Q^Q2 (D^D2分別為對應體二極管），二極管D3、D4、D5，緩沖電感L r(可由變壓器漏感實現）、濾波電 容C。，負載電阻R。。所述開關管可為MOS管。
[0025]開關管&源極端與二極管D3陰極相連，并且與緩沖電感Lr的一端連接;開關管Q 2漏 極端與二極管D4陽極端相連，并且與壓器Tr原邊繞組的異名端連接;開關管Q1漏極端、二極 管D 4陰極端同時連接到輸入電源正極;開關管Q2源極端、二極管D3陽極同時連接到輸入電源 負極;變壓器Tr原邊繞組的同名端連接到緩沖電感Lr的另一端。變壓器Tr副邊繞組的同名端 與二極管〇 5陽極相連，二極管05陰極與濾波電容C。的正極端、負載電阻R。的一端連接;變壓 器Tr副邊繞組的異名端與濾波電容C。的負極端、負載電阻R。的另一端連接。
[0026]內電感雙管隔離