基于双向全桥变换器的直流偏磁数字抑制系统及方法与流程

本发明涉及一种基于双向全桥变换器的直流偏磁数字抑制系统及方法。

背景技术：

在桥式隔离变换器中，直流偏磁抑制是不可或缺的。传统的高频变压器直流偏磁抑制方法包括串接隔直电容、采用峰值电流模式控制方式实现。由于双向全桥变换器的特殊性，峰值电流模式该变换器中使用并不容易；而串接隔直电容往往是采用经验公式，使电容压降保持在输入电压的10％左右从而选定电容的容量，但是该方式在实际的调试过程中还是会造成一定的困难，在工作过程中，电容本身也引入了较高的损耗，由于电容是串接方式，电容质量的好坏也关乎产品的可靠性。

技术实现要素：

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于双向全桥变换器的直流偏磁数字抑制系统及方法，本发明除了传统移相控制算法中的功率移相角之外，又引入了一个新的控制变量，该控制变量即为B1桥超前臂和滞后臂的调制相移角，引入该控制变量的目的是实现给定功率范围内的ZVS软开关实现，并且在变换器工作过程中，该控制变量随移相角的变化而变化。由于开关管和寄生电容等杂散参数在四个开关管中无法绝对一致，以及由于变压器的绕制工艺问题，无可避免的会在变压器中产生偏磁，因此抑制偏磁是全桥变换器中必须包含的功能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于双向全桥变换器的直流偏磁数字抑制系统，包括双向全桥变换器、低通滤波器、电流采样电路、控制模块和PWM发生模块，其中：

所述双向全桥变换器的原边桥通过电流互感器连接电流采样电路，电流采样电路连接低通滤波器，低通滤波器将过滤后的数据传输给控制模块，控制模块根据采集的功率移相角、超前臂和滞后臂的调制相移角，分析变压器的偏磁方向，计算出双向全桥变换器的原边桥的滞后臂的占空比微调量，将该微调量加入到桥超前臂的占空比中，发送相应的控制信号给PWM发生模块，PWM发生模块控制双向全桥变换器中原边桥的开关管动作。

所述双向全桥变换器，包括原边桥和副边桥，其中，原边桥和副边桥均为包括四个开关管的全桥拓扑结构，原边桥的中点通过谐振电感连接变压器的原边；副边桥的中点连接变压器的副边。

进一步的，所述原边桥和副边桥均并联有电容。

所述原边桥和副边桥的开关管均并联有电容，并连接有一个反向二极管。

一种基于上述系统的控制方法，包括：

通过电流采样模块对变压器原边电流进行采样，分析变压器的偏磁方向，通过PI算法计算出原边桥的滞后臂的占空比微调量，将该微调量加入到原边桥超前臂的占空比中，使得变压器正负向导通时间不同，实现对直流偏磁的抑制。

优选的，计算出原边桥的滞后臂的占空比微调量的具体方法为：

Δd_k＝K_p(e_k-e_k-1)+K_ie_k+Δd_k-1，

其中，Δd_k为本次占空比微调量，Δd_k-1为上一次占空比微调量，e_k为本次偏磁误差，e_k-1为上一次偏磁误差，K_p为比例系数，K_i为积分系数。

优选的，计算的原边桥的滞后臂的占空比微调量加入到原边超前臂的占空比调制模块中，计算的原边桥的滞后臂的占空比微调量，作为一个微调因子，加入到原边超前臂占空比给定模块中，对超前臂占空比进行微调，使在一个开关周期内原边桥的开关管中对管的导通时间不同，导致变压器在正负电压条件下的充磁时间不同，最终使变压器偏磁现象得到抑制。

所述超前臂占空比的初始值为50％。

本发明的有益效果为：

(1)本发明不需要对原边电桥的四个功率管的占空比进行微调，而只需要对一个桥臂的两个功率管占空比进行微调即可，因此本发明针对直流偏磁抑制更加细腻，抑制精度更高，系统更加稳定；

(2)传统抑制偏磁的方法大多采用在原边侧串接隔直电容的方法，该方法不仅增加了产品的成本和体积，更重要的是，电容的可靠性影响着整机的可靠性，一旦电容损坏，将导致产品无法正常运作。从调试的角度考虑，在电容的选型上，大多采用经验法，这给产品的调试带来了挑战和不便。由于隔直电容的存在，系统阶数提高了一阶，对于系统的波形分析也更为复杂；

(3)采用本发明提供的抑制方法，由于不需要隔直电容，不仅简化了系统，提高了产 品可靠性，同时也更加方便了研发人员进行系统调试，特别是在系统的分析上，使得系统的建模和偏磁可以分开考虑，降低了设计的难度。

附图说明

图1为双向全桥变换器拓扑结构；

图2为能量正向流动时降压模式双向变换器调制波形图；

图3为直流偏磁抑制控制结构图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，双向全桥变换器包含两个分别由四个开关管组成的电桥R1、B2、谐振电感、高频变压器组成。除了传统移相控制算法中的功率移相角之外，又引入了一个新的控制变量，该控制变量即为R1桥超前臂和滞后臂的调制相移角，引入该控制变量的目的是实现给定功率范围内的ZVS软开关实现，并且在变换器工作过程中，该控制变量随移相角的变化而变化。由于开关管和寄生电容等杂散参数在四个开关管中无法绝对一致，以及由于变压器的绕制工艺问题，无可避免的会在变压器中产生偏磁，因此抑制偏磁是全桥变换器中必须包含的功能。

直流偏磁的抑制方法实现如下：

通过DSP AD采样模块对变压器原边电流进行采样，由控制算法分析变压器的偏磁方向，进而通过PI算法计算出原边桥R1的滞后臂的占空比微调量，将该微调量加入到R1桥超前臂的占空比中，导致变压器正负向导通时间不同，进而实现了对直流偏磁的抑制。实现算法如下：

1)AD采样后，DSP算法对直流偏磁的方向进行判断；

2)使用增量型PI算法：

Δd_k＝K_P(e_k-e_k-1)+K_ie_k+Δd_k-1

其中Δd_k为本次占空比微调量，Δd_k-1为上一次占空比微调量，e_k为本次偏磁误差，e_k-1为上一次偏磁误差，K_P为比例系数，K_i为积分系数。

3)将2)中计算的Δd_k加入到原边超前臂的占空比调制模块中，即可在变压器原副边得到占空比不同的电压波形，从而有效的抑制直流偏磁现象。在一个开关周期内原边桥的开关管中对管Q11、Q14和对管Q12、Q13导通时间不同，从而导致变压器在正负电压条件下的充磁时间不同，最终使变压器偏磁现象得到抑制。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限 制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。