一种双向全桥dc-dc变换器的pwm控制方法
【技术领域】
[000。本发明设及双向直流变换器，尤其设及一种适用于双向全桥DC-DC变换器的PWM控制方法。
【背景技术】
[0002] 双向全桥DC-DC变换器是能量可W在变换器的两侧双向流动的。由于在一套拓 扑结构上，实现了相当于2个单向DC-DC变换器的功能，所W在需要能量双向流动的应 用中，如直流微网、电动汽车等场合，可W大幅减小系统的体积和成本。典型的双向全桥 DC-DC变换电路的控制方式，研究比较多的是传统移相控制和双重移相控制，但是随着电 压调节比的增大，回流功率也在增大。没有从根本上消除功率回流现象，使得功率器件、磁 性元件的损耗增大，降低了变换器工作效率，关键是功率回流现象的存在，严重影响了变换 器的工作效率。
[0003] 为了改进上述控制方法的缺点，减小双向全桥DC-DC变换器的功率回流和电流 应力，本发明提出一种电感电流过零PWM控制方法，相比移相控制，它完全消除了功率回流 现象，且具有更小的电流应力，同时简化了全桥两侧开关管，驱动信号的关系，使得实现灵 活性增强。
【发明内容】
[0004] 本发明提出了一种电感电流过零PWM控制方法，W解决现有技术中的不足，完全 消除了功率回流现象，且具有更小的电流应力。
[0005] 本发明提出的电感电流过零控制，可W完全消除上述功率回流现象，从而提高功 率的传输效率。通过检测电感电流过零时刻，切断全桥一侧的电流传输路径，来阻止功率回 流现象的发生。下面具体从两个方面来分析电感电流过零控制的工作原理和工作状态。讨 论过程中都有条件Ul〉nU2满足。
[0006] 正向Ul侧到U2侧，变换器工作状态分析。假设变换器已工作于稳定状态，根据图 2所示的电感电流过零控制的工作原理波形，将变换器正向功率传输的工作状态，分为4种 状态，由于对称的关系，此处只说明前2种状态，后2种状态同理可知。
[0007] 状态1 阶段。如图1和图2所示，在to时刻，Ql和Q4导通，Q5和Q8也导 通，此时的电感电流iL为0,电感的端电压为Ul-nU2,那么导致电感中的电流iL从0开始 逐渐增加。在此状态下，Ul侧向U2侧正向传输功率，同时Ul侧向电感Ll中储能。
[000引状态2:tl-t2阶段。如图1和图2所示，在tl时刻，Ql关断，Q3和Q4导通，Q5和 Q8也导通，此时电感电流iL为扣l-nU2)Ton/L。电感的端电压为-nU2,那么由于Q3和Q4 导通，给电感电流的续流提供了通路，使得电感中存储的能量继续正向送入U2侧。在tl-t2 阶段中检测电感电流是否过零，若过零则说明，储存在电感中的能量W完全送入U2侧，此 刻Q4关断，W防止U2侧向Ll储能，即阻止功率回流现象的发生。上述2种状态，描述了前 半个工作周期内，功率从Ul侧传送到U2侧的情况。在后半个工作周期内，且在t3-t4阶段 中检测电感电流是否过零，若过零则说明，储存在电感中的能量W完全送入U2侧，此刻Q3 关断，W防止U2侧向Ll储能，即阻止功率回流现象的发生。其他只是相应的电压和电流的 极性相反，工作原理和前半个工作周期是一样的。
[0009] 假设变换器已工作于稳定状态，根据图3所示的电感电流过零控制的工作原理波 形，将变换器反向功率传输的工作状态分为4种状态，由于对称的关系，此处只说明前2种 状态，后2种状态同理可知。
[0010] 状态1 阶段。如图1和图3所示，在to时亥Ij, Q3和Q4导通，Q5和Q8也导 通，此时的电感电流iL为0,电感的端电压为-nU2,那么导致电感中的电流iL从0开始逐 渐向负方向增加。在此状态下，U2侧向电感Ll中储能。
[0011] 状态2:tl-t2阶段。如图1和图3所示，在tl时刻，Q3关断，Ql和Q4导通，Q5和 Q8也导通，此时的电感电流iL为（-nU2)Ton/L。电感的端电压为Ul-nU2,那么Ql和Q4导 通，给电感电流的续流提供了通路，使得电感中存储的能量反向送到Ul侧。在tl-t2阶段中 检测电感电流是否过零，若过零则说明，储存在电感中的能量W完全的送入Ul侧，此刻Ql 关断，W防止Ul侧向Ll储能，即阻止功率回流现象的发生。上述2种状态，描述了前半个 工作周期内，功率从肥侧传送到Ul侧的情况。在后半个工作周期内，且在t3-t4阶段中检 测电感电流是否过零，若过零则说明，储存在电感中的能量W完全的送入Ul侧，此刻Q2关 断，W防止Ul侧向Ll储能，即阻止功率回流现象的发生。其他只是相应的电压和电流的极 性相反，工作原理和前半个工作周期是一样的。
[001引本发明的优点：由于采用了电感电流过零检测，完全消除了双向全桥DC-DC变换 器中的功率回流现象，且具有更小的电流应力，提高了 DC-DC变换器的工作效率。
【附图说明】
[0013] 图1为本发明一实施例双向全桥DC/DC拓扑结构。
[0014] 图2为本发明一实施例正向功率传输拓扑中电压电流波形。
[0015] 图3为本发明一实施例反向功率传输拓扑中电压电流波形。
[0016]图4为本发明一实施例正向传输功率和占空比D的关系。
[0017] 图5为本发明一实施例反向传输功率和占空比D的关系。
【具体实施方式】
[0018] 下面将结合附图对本发明做进一步说明。清楚完整的描述本发明实施例中的技术 方案。基于本发明的实施例，在本领域里的技术人员，若没有做出创造性的劳动前提下，贝U 所得出所有其他实施例都在本发明的保护范围内。
[0019] 本发明提出一种双向全桥DC-DC变换器的PWM控制方法，完全消除了功率回流现 象，且具有更小的电流应力。
[0020] 正向Ul侧到U2侦U，如图1和图2所示，令t0=0,则tl=Ton，t2=T/2-Ton，其中 Ton<T/2
W(tO-tl)表示，在tO-tl时间阶段内，Ul侧通过电感LI对U2侧正向传送的能量值，
P(to-tl)表示，在to-tl时间阶段内，Ul侧通过电感LI对U2侧正向传送的功率值，
W(tl-t2)表示，在tl-t2时间阶段内，电感Ll中所存储的能量释放到U2侦1|，即正向传 送的能量值，
P 表示，在tl-t2时间阶段内，电感Ll对U2侧的正向传送的功率值，由对称性， 可知正向传输的总功率为：
其中D=TonA为占空比，且0《D<nU2/2Ul。f为工作频率。L为电感Ll的电感量。
[0021] 本发明又一实施例，带入具体的参数，来分析正向传输功率和占空比D的关系。令 Ul=300v, U2=100V，n=2, f=50KHz，电感Ll的电感量分别取200地，300地和400地。得到图 4。从图4可W看到，随着占空比D的增大，正向的传输功率也在增大。而在其他条件一定 的情况下，正向传输的最大功率值只和电感Ll的电感量有关。即电感Ll的电感量越小，贝U 正向传输的最大功率值越大。
[0022] 反向U2侧到UU则，如图1和图3所示，令t0=0,则tl=Ton，其中Ton<T/2，
W(tl-t2)为tl-t2阶段，LI和肥向Ul侧送入的总能量， 由对称性，可知反向的传送功率为：
其中D=TonA为占空比，且0《0<(0. 5- nU2/2Ul)。f为工作频率。L为电感Ll的电 感量。
[0023] 本发明又一实施例，带入具体的参数，来分析反向传输功率和占空比D的关系。令 Ul=300v, U2=100V，n=2, f=50KHz，电感Ll的电感量分别取200地，300地和400地。得到图 5,从图5可W看到，随着占空比D的增大，反向的传输功率也在逐渐增大。而在其他条件一 定的情况下，反向传输的最大功率只和电感Ll的电感量有关。即电感Ll的电感量越小，贝U 反向传输的最大功率值越大。
【主权项】
1. 一种双向全桥DC-DC变换器的PffM控制方法，其特征在于，包括：典型双向全桥 DC-DC拓扑结构，脉宽调制PWM，电感电流过零检测，高频变压器的一侧串入电感，原边侧电 压大于η倍的副边电压。2. 根据权利要求1所述一种双向全桥DC-DC变换器的PffM控制方法，其特征在于：Q1 和Q3互补导通，Q2和Q4互补导通，其导通时间由占空比决定，导通控制方式由传送功率的 方向决定。3. 根据权利要求1所述一种双向全桥DC-DC变换器的PffM控制方法，其特征在于：Q5 和Q7互补导通，Q6和Q8互补导通。4. 根据权利要求1所述一种双向全桥DC-DC变换器的PffM控制方法，其特征在于：U1 侧向U2侧传输功率或U2侧向Ul侧传输功率，传输方向可以随控制而改变，传输功率由占 空比决定。5. 根据权利要求1所述一种双向全桥DC-DC变换器的PffM控制方法，其特征在于：U1 侧向U2侧传输正向功率和U2侧向Ul侧传输反向功率，采用不同的控制方式。6. 根据权利要求1所述一种双向全桥DC-DC变换器的PffM控制方法，其特征在于：U1 侧向U2侧传输正向功率时，传输功率随占空比的增大而增大，且成平方关系。7. 根据权利要求1所述一种双向全桥DC-DC变换器的PffM控制方法，其特征在于：U2 侧向Ul侧传输反向功率时，传输功率随占空比的增大而增大，且成平方关系。8. 根据权利要求1所述一种双向全桥DC-DC变换器的PffM控制方法，其特征在于：U1 侧向U2侧传输正向功率时，正向功率为，且O<D〈nU2/2Ul。9. 根据权利要求1所述一种双向全桥DC-DC变换器的PffM控制方法，其特征在于：U2 侧向Ul侧传输反向功率时，反向功率且O<D〈(0. 5-nU2/2Ul)。10. 根据权利要求1所述一种双向全桥DC-DC变换器的PffM控制方法，其特征在于：没 有功率回流现象，且具有更小的电流应力。
【专利摘要】本发明公开了一种双向全桥DC-DC变换器的PWM控制方法，为了从根本上消除功率回流现象，且减小双向全桥DC-DC变换器的电流应力，提出一种电感电流过零控制方法，相比移相控制，它完全消除了功率回流现象，且具有更小的电流应力。通过调节占空比，来控制传输功率的大小。通过切换不同的控制方式，实现功率传输方向的控制。同时简化了全桥两侧的开关管的驱动信号的关系，使得实现灵活性增强。
【IPC分类】H02M3/335
【公开号】CN105391304
【申请号】CN201510954127
【发明人】魏腾飞
【申请人】魏腾飞
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年12月20日