同一占空比的雙PWM加移相控制方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種同一占空比的雙PWM加移相控制方法，屬于電力電子領(lǐng)域。本發(fā)明專利技術(shù)基于隔離式雙向三電平DC-DC變換器電路，通過采樣原邊鉗位電壓，對原副邊開關(guān)管進行同一占空比的PWM調(diào)制控制，其思想是通過采樣輸出電壓、輸入電流及原邊鉗位電容電壓，經(jīng)過數(shù)字運算控制器運算，再通過數(shù)字PI調(diào)節(jié)器產(chǎn)生占空比和移相角，控制原副邊的開關(guān)管的占空比，從而控制電路功率的傳輸方向和漏感電流，實現(xiàn)在大占空比小功率狀態(tài)下較小的電流應(yīng)力和環(huán)流損耗以及電路雙向運行的無縫切換。對比現(xiàn)有PWM加移相控制方法，本發(fā)明專利技術(shù)方法降低了電路的電流應(yīng)力和環(huán)流損耗，其控制策略簡單，易于實現(xiàn)。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
同一占空比的雙PWM加移相控制方法
本專利技術(shù)涉及一種同一占空比的雙PWM(脈寬調(diào)制)加移相控制方法，特別涉及一種適用于隔離式雙向三電平DC-DC(直流-直流)變換器的同一占空比的雙PWM加移相控制方法，屬于電力電子的高頻開關(guān)電源領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
對于應(yīng)用在高壓場合的雙向DC-DC變換器，變壓器原邊采用具有有源鉗位電路的電流型半橋電路，變壓器副邊采用三電平電路。原邊的具有有源鉗位電路的電流型半橋電路能夠很好的降低輸入電流的紋波，提高蓄電池的使用壽命。副邊采用三電平電路，使得副邊功率器件的電壓應(yīng)力減為變壓器副邊輸出電壓V2的一半，從而可以選擇耐壓較低、通態(tài)電阻較小、開關(guān)頻率更高的MOSFET，從而獲得更大的功率密度和傳遞效率。對于雙向變換器，變壓器原邊開關(guān)設(shè)備過高的電流應(yīng)力以及變換器的環(huán)路電流損耗和電流應(yīng)力一直是我們所面臨的挑戰(zhàn)，極大地限制了變換器的效率。目前，為了降低環(huán)流損耗，現(xiàn)在常用的控制方法主要有：①移相控制法；②移相加脈寬調(diào)制控制法。方法一：IEEETransactiononPowerElectronic【電力電子期刊】于2004年發(fā)表了"AnewZVSbidirectionaldc–dcconverterforfuelcellandbatteryapplication"【應(yīng)用于燃料電池和蓄電池的雙向直流直流變換器】中采用傳統(tǒng)的移相控制法，采樣輸出電壓作為反饋即對原副邊開關(guān)管進行控制，通過移相角的超前與滯后控制功率的流向，實現(xiàn)雙向的統(tǒng)一控制方法。然而，當(dāng)原副邊電壓不匹配時，將導(dǎo)致變壓器漏感上較大的電流斜率，導(dǎo)致器件較大的電流應(yīng)力和環(huán)流損耗。方法二：IEEETransactiononpowerelectronics【電力電子期刊】于2008年發(fā)表了“AZVSBidirectionalDC-DCConverterWithPhase-ShiftPlusPWMControlScheme”【一種采用移相加脈寬調(diào)制控制的零電壓開關(guān)的雙向直流變換器】一文，通過采樣變壓器原邊鉗位電容電壓和變壓器副邊輸出電壓，調(diào)節(jié)變壓器原邊開關(guān)管的占空比，從而實現(xiàn)變壓器原副邊電壓的匹配，從而降低了變壓器漏感電流在功率傳遞階段的斜率，減小了電流應(yīng)力和環(huán)流損耗，從而提高了變換器的功率密度和效率。然而，當(dāng)輸入電壓較低而輸出電壓較高(即需要變換器具有較高的電壓增益)時，變壓器原邊電壓在一個周期內(nèi)有較長的時間為零，這一階段，能量不能從原邊傳遞到副邊。而此時，變壓器原邊電流不為零，此時較大的環(huán)流會在變壓器原邊電路中產(chǎn)生損耗，而不能傳遞功率，從而造成較低的變換器效率。此外，在功率較小的狀態(tài)下，移相角較小，這種傳統(tǒng)的控制方式會造成較大的峰值電流，從而產(chǎn)生極大的電流應(yīng)力。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是為了克服上述已有技術(shù)的不足，提出了一種適用于雙向三電平DC-DC變換器的同一占空比的雙PWM加移相控制方法，通過同時調(diào)節(jié)變壓器原副邊的占空比(占空比相等)，使得在變壓器原邊電壓為零時，變壓器電流在降到零后不再反向增長，從而使得在此功率不傳遞的階段漏感電流有效值較小，降低電流造成的電路通態(tài)損耗，從而提高電路的效率和性能。同時，電流不再反向增長，使得其在功率較小狀態(tài)下，漏感電流峰值較小，降低了原邊開關(guān)管的電流應(yīng)力。本專利技術(shù)基于隔離式雙向三電平DC-DC變換器電路，通過采樣原邊鉗位電壓，對原副邊開關(guān)管進行同一占空比的PWM調(diào)制控制，其思想是通過采樣輸出電壓、輸入電流及原邊鉗位電容電壓，經(jīng)過數(shù)字運算控制器運算，再通過數(shù)字PI調(diào)節(jié)器產(chǎn)生占空比和移相角，控制原副邊的開關(guān)管的占空比，從而控制電路功率的傳輸方向和漏感電流，實現(xiàn)在大占空比小功率狀態(tài)下較小的電流應(yīng)力和環(huán)流損耗以及電路雙向運行的無縫切換。本專利技術(shù)的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。一種隔離式雙向三電平DC-DC變換器的同一占空比的雙PWM加移相控制方法，基于隔離式雙向三電平DC-DC變換器電路，其主電路變壓器原邊由具有有源鉗位電路的電流型半橋電路構(gòu)成，變壓器副邊采用三電平半橋電路，其特征在于：該控制方法包括兩個控制環(huán)路：PWM控制環(huán)和移相控制環(huán)，具體控制步驟如下：步驟一：通過基準(zhǔn)數(shù)字載波發(fā)生器生成基準(zhǔn)載波Vtr1，初始相位為0；同時產(chǎn)生與基準(zhǔn)載波相位差180°，開關(guān)頻率相同的交錯載波Vtr2；步驟二：移相控制環(huán)通過電壓傳感器采樣變壓器副邊輸出電壓V2的值作為移相控制環(huán)的電壓反饋，計算電壓給定值Vref與V2的差值，該差值作為電壓環(huán)數(shù)字PI調(diào)節(jié)器的輸入，電壓環(huán)數(shù)字PI調(diào)節(jié)器輸出經(jīng)過限幅器限幅后作為電流環(huán)的給定Iinf；步驟三：通過電流傳感器采樣電流Iin的值作為移相控制環(huán)的電流反饋，計算電流環(huán)的給定值Iinf與Iin的差值作為電流環(huán)數(shù)字PI調(diào)節(jié)器的輸入，電流環(huán)數(shù)字PI調(diào)節(jié)器輸出經(jīng)過限幅器限幅后輸出移相角Φ，其與基準(zhǔn)載波Vtr1作為載波移相控制器的輸入，經(jīng)過載波移相控制器將基準(zhǔn)載波Vtr1移相Φ角度得到開關(guān)管S1和S4的載波Vtr3；步驟四：設(shè)定載波Vtr3的比較值為Vtr3峰值Vtr3(peak)的一半，即Vtr3(peak)/2，將載波Vtr3與其比較值經(jīng)比較器比較后得到驅(qū)動信號S1，S1經(jīng)過反向器反向后得到驅(qū)動信號S4；步驟五：將通過電壓傳感器采樣得到的變壓器副邊輸出電壓V2信號，將其一半V2/2與變壓器變比相乘后得到鉗位電容上的電壓給定，即PWM控制環(huán)的給定Vcd1f；步驟六：通過電壓傳感器采樣鉗位電容Cd1上的電壓Vcd1，與Vcd1f求差后輸入PWM控制環(huán)的數(shù)字PI調(diào)節(jié)器；步驟七：將PWM控制環(huán)數(shù)字PI調(diào)節(jié)器輸出經(jīng)過限幅器限幅后作為載波Vtr1和Vtr2的比較值d，其中d與Vtr1經(jīng)比較器比較后產(chǎn)生驅(qū)動信號Q1，Q1經(jīng)過反向器反向后得到驅(qū)動信號Q1a；d與Vtr2經(jīng)比較器比較后產(chǎn)生驅(qū)動信號Q2，Q2經(jīng)過反向器反向后得到驅(qū)動信號Q2a；步驟八：將步驟七得到的d和Vtr3作為載波移相控制器的輸入，經(jīng)過載波移相控制器將基準(zhǔn)載波Vtr3移相d角度得到開關(guān)管S2和S3的載波Vtr4；設(shè)定載波Vtr4的比較值為Vtr4峰值Vtr4(peak)的一半，即Vtr4(peak)/2，將載波Vtr4與其比較值經(jīng)比較器比較后得到驅(qū)動信號S2，S2經(jīng)過反向器反向后得到驅(qū)動信號S3。雙向三電平變換器電路的連接關(guān)系如下所述：輸入端蓄電池(V1)，其正電壓側(cè)分別接電感L1和L2的一端；L1的另一端(定義為a點)接一只MOSFET開關(guān)管(Q2a)的源極和一只MOSFET開關(guān)管(Q2)的漏極；開關(guān)管Q2a的漏極接30μf鉗位電容(Cd1)的一端，電容Cd1另一端和開關(guān)管Q2的源極接蓄電池(V1)的負電壓側(cè)；同樣，L2的另一端接一只MOSFET開關(guān)管(Q1a)的源極和一只MOSFET開關(guān)管(Q1)的漏極；開關(guān)管Q1a的漏極接30μf鉗位電容(Cd2)的一端，電容Cd2另一端和開關(guān)管Q1的源極接蓄電池(V1)的負電壓側(cè)；L1不與蓄電池正電壓側(cè)相接的一端(a點)連接漏感(Lr)一端，Lr另一端接變壓器T原邊側(cè)一端(定義為a1點)。L2不與蓄電池正電壓側(cè)相接的一端(b點)接變壓器T原邊側(cè)另一端(定義為b1點)。變壓器副邊，開關(guān)管S1，S2，S3，S4串聯(lián)，即S1的漏極接變壓器副邊側(cè)輸出(V2)的正相端，S1的源極與S2的漏極相接，S2的源極本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種同一占空比的雙PWM加移相控制方法，基于隔離式雙向三電平DC?DC變換器電路，其主電路變壓器原邊由具有有源鉗位電路的電流型半橋電路構(gòu)成，變壓器副邊采用三電平半橋電路，其特征在于：該控制方法包括兩個控制環(huán)路：PWM控制環(huán)和移相控制環(huán)，具體控制步驟如下：步驟一：通過基準(zhǔn)數(shù)字載波發(fā)生器生成基準(zhǔn)載波Vtr1，初始相位為0；同時產(chǎn)生與基準(zhǔn)載波相位差180°，開關(guān)頻率相同的交錯載波Vtr2；步驟二：移相控制環(huán)通過電壓傳感器采樣變壓器副邊輸出電壓V2的值作為移相控制環(huán)的電壓反饋，計算電壓給定值Vref與V2的差值，該差值作為電壓環(huán)數(shù)字PI調(diào)節(jié)器的輸入，電壓環(huán)數(shù)字PI調(diào)節(jié)器輸出經(jīng)過限幅器限幅后作為電流環(huán)的給定Iinf；步驟三：通過電流傳感器采樣電流Iin的值作為移相控制環(huán)的電流反饋，計算電流環(huán)的給定值Iinf與Iin的差值作為電流環(huán)數(shù)字PI調(diào)節(jié)器的輸入，電流環(huán)數(shù)字PI調(diào)節(jié)器輸出經(jīng)過限幅器限幅后輸出移相角Φ，其與基準(zhǔn)載波Vtr1作為載波移相控制器的輸入，經(jīng)過載波移相控制器將基準(zhǔn)載波Vtr1移相Φ角度得到開關(guān)管S1和S4的載波Vtr3；步驟四：設(shè)定載波Vtr3的比較值為Vtr3峰值Vtr3(peak)的一半，即Vtr3(peak)/2，將載波Vtr3與其比較值經(jīng)比較器比較后得到驅(qū)動信號S1，S1經(jīng)過反向器反向后得到驅(qū)動信號S4；步驟五：將通過電壓傳感器采樣得到的變壓器副邊輸出電壓V2信號，將其一半V2/2與變壓器變比相乘后得到鉗位電容上的電壓給定，即PWM控制環(huán)的給定Vcd1f；步驟六：通過電壓傳感器采樣鉗位電容Cd1上的電壓Vcd1，與Vcd1f求差后輸入PWM控制環(huán)的數(shù)字PI調(diào)節(jié)器；步驟七：將PWM控制環(huán)數(shù)字PI調(diào)節(jié)器輸出經(jīng)過限幅器限幅后作為載波Vtr1和Vtr2的比較值d，其中d與Vtr1經(jīng)比較器比較后產(chǎn)生驅(qū)動信號Q1，Q1經(jīng)過反向器反向后得到驅(qū)動信號Q1a；d與Vtr2經(jīng)比較器比較后產(chǎn)生驅(qū)動信號Q2，Q2經(jīng)過反向器反向后得到驅(qū)動信號Q2a；步驟八：將步驟七得到的d和Vtr3作為載波移相控制器的輸入，經(jīng)過載波移相控制器將基準(zhǔn)載波Vtr3移相d角度得到開關(guān)管S2和S3的載波Vtr4；設(shè)定載波Vtr4的比較值為Vtr4峰值Vtr4(peak)的一半，即Vtr4(peak)/2，將載波Vtr4與其比較值經(jīng)比較器比較后得到驅(qū)動信號S2，S2經(jīng)過反向器反向后得到驅(qū)動信號S3。...

【技術(shù)特征摘要】
2014.09.22 CN 20141048645061.一種同一占空比的雙PWM加移相控制方法，基于隔離式雙向三電平DC-DC變換器電路，其主電路變壓器原邊由具有有源鉗位電路的電流型半橋電路構(gòu)成，具體為：輸入端電源V1，其正電壓側(cè)分別接電感L1和L2的一端；L1的另一端定義為a點，接開關(guān)管Q2a的源極和開關(guān)管Q2的漏極；開關(guān)管Q2a的漏極接鉗位電容Cd1的一端，鉗位電容Cd1另一端和開關(guān)管Q2的源極接電源V1的負電壓側(cè)；同樣，L2的另一端接開關(guān)管Q1a的源極和開關(guān)管Q1的漏極；開關(guān)管Q1a的漏極接鉗位電容Cd2的一端，鉗位電容Cd2另一端和開關(guān)管Q1的源極接電源V1的負電壓側(cè)；L1不與電源V1正電壓側(cè)相接的a點連接漏感Lr一端，Lr另一端接變壓器T原邊側(cè)一端，該端定義為a1點，L2不與電源V1正電壓側(cè)相接的一端定義為b點，接變壓器T原邊側(cè)另一端，該端定義為b1點；變壓器副邊采用三電平半橋電路，具體為：開關(guān)管S1，S2，S3，S4串聯(lián)，即S1的漏極接變壓器副邊連接的三電平半橋電路的輸出電壓V2的正相端，S1的源極與S2的漏極相接，S2的源極與S3的漏極相接，連接點定義為c點，S3的源極與S4的漏極相接，S4的源極接V2的負電壓側(cè)，c點接變壓器副邊與a1為同名端的一端，變壓器T副邊另一端定義為d點，接二極管D1的陽極和二極管D2的陰極，D1的陰極接鉗位電容Cc的一端和S1的源極，D2的陽極接鉗位電容Cc的另一端和S3的源極，V2的正相接C3的一端，C3的另一端接C4的一端和變壓器T副邊的d點，C4的另一端接V2的負相側(cè)；其特征在于：該控制方法包括兩個控制環(huán)路：PWM控制環(huán)和移相控制環(huán)，具體控制步驟如下：步驟一：通過基準(zhǔn)數(shù)字載波發(fā)生器生成基準(zhǔn)載波Vtr1，初始相位為0；同時產(chǎn)生與基準(zhǔn)載波相位差180°，開關(guān)頻率相同的交錯載波Vtr2；步驟二：移相控制環(huán)通過電壓傳感器采樣變壓器副邊連接的三電平半橋電路的輸出電壓V2的值作為移相控制...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：沙德尚，徐令宇，
申請(專利權(quán))人：北京理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11