一種雙管隔離型變換器及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力電子變換器領(lǐng)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(shù)】
[0002] 雙管正激變換器適合于高輸入電壓和中小功率場(chǎng)合，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、開(kāi)關(guān)管應(yīng)力 低、變換效率高，尤其是沒(méi)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(qiáng)電 磁環(huán)境下的電源供電系統(tǒng)等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。但是傳統(tǒng)雙管正激類變換器存在輸出整 流二極管反向恢復(fù)、電壓振蕩等缺點(diǎn)，開(kāi)關(guān)管為硬開(kāi)關(guān)工作，開(kāi)關(guān)損耗大，而且由于濾波單 元采用大電感與電容結(jié)合的電路，使得變換器的體積普遍較大，占用空間大。傳統(tǒng)雙管正激 變換器通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)管的占空比來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，調(diào)節(jié)方式單一，無(wú)法有針對(duì)性地進(jìn)行調(diào) 節(jié)以提高變換器的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 發(fā)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(fù)的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)管的零電流開(kāi)通，減小開(kāi)通損耗。同時(shí)提出一種新型的PWM加變 頻的分段優(yōu)化組合控制方案，該控制方案可以結(jié)合不同的優(yōu)化目標(biāo)，有針對(duì)性地調(diào)節(jié)控制 方式，使變換器工作更為高效。
[0004] 技術(shù)方案：
[0005] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)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(kāi)關(guān)管Qi、Q2(Di、D2分別為對(duì)應(yīng)體二極管），二極管D3、D4、D5,緩沖電感Lr (可由變壓 器漏感實(shí)現(xiàn)）、濾波電容C。，負(fù)載電阻R。。所述開(kāi)關(guān)管可為MOS管。
[0006] 開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)管Q 2漏 極端與二極管D4陽(yáng)極端相連，并且與壓器Tr原邊繞組的異名端連接;開(kāi)關(guān)管Q 1漏極端、二極 管D4陰極端同時(shí)連接到輸入電源正極;開(kāi)關(guān)管Q2源極端、二極管D 3陽(yáng)極同時(shí)連接到輸入電源 負(fù)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(yáng)極相連，二極管05陰極與濾波電容C。的正極端、負(fù)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(fù)極端、負(fù)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(duì)應(yīng)三極管、 IGBT的集電極，所述MOS管的源極對(duì)應(yīng)三極管、IGBT的發(fā)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(yōu)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(fù)兩級(jí)之間，第二電壓傳感器的輸入端 連接在濾波電容C。的正、負(fù)兩級(jí)之間；減法器的正輸入端與負(fù)輸入端分別接輸出電壓基準(zhǔn) 值發(fā)生器的輸出端信號(hào)(V r e f)與第二電壓傳感器的輸出端信號(hào)(V。f )，減法器的輸出端信號(hào) (Ve)連接到電壓調(diào)節(jié)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(hào)(Vinf )與電壓調(diào)節(jié)器的輸出端信號(hào)(Vr)，控制方式選擇器的第一 輸出端信號(hào)（Δ fsi)、第二輸出端信號(hào)（Δ D)、第三輸出端信號(hào)（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(zhǔn)值生成器的輸出端信號(hào) (fsrrf)，第二加法器的第二正輸入端連接到調(diào)制比基準(zhǔn)值生成器的輸出端信號(hào)(Do);第一加 法器的輸出端信號(hào)（f Sl )、第二加法器的輸出端信號(hào)(Drrf )、第三加法器的輸出端信號(hào)(fs2 ) 分別連接到第一變頻調(diào)制器的第一輸入端、恒頻脈寬調(diào)制器的第一輸入端、第二變頻調(diào)制 器的第一輸入端；第一變頻調(diào)制器的第二輸入端連接最大調(diào)制比生成器的輸出端信號(hào) (D max)，恒頻脈寬調(diào)制器的第二輸入端連接頻率基準(zhǔn)值生成器的輸出端信號(hào)(fsref)，第二變 頻調(diào)制器的第二輸入端連接到最小調(diào)制比生成器的輸出端信號(hào)(D min);或門的第一、第二、 第三輸入端分別連接第一變頻調(diào)制器的輸出端、恒頻脈寬調(diào)制器的輸出端、第二變頻調(diào)制 器的輸出端;或門的輸出端信號(hào)作為開(kāi)關(guān)管QhQ 2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0009] 根據(jù)權(quán)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(jù)：當(dāng)?shù)谝浑妷簜鞲衅鞯妮敵龆诵盘?hào)(Vinf)小于第一標(biāo)準(zhǔn)值％時(shí)，通過(guò)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(hào)(f sl)，同時(shí)保持最大調(diào)制比生成器的輸出端信 號(hào)(Dmax)不變，通過(guò)第一變頻調(diào)制器得出調(diào)制信號(hào)；當(dāng)?shù)谝浑妷簜鞲衅鞯妮敵龆诵盘?hào)(V inf) 大于第二標(biāo)準(zhǔn)值％時(shí)，占空比隨之減小，不利于效率的提升，此時(shí)通過(guò)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(hào)（f s2)，同時(shí)保持最小調(diào)制比生成器的輸出端信 號(hào)(Dmin)不變，通過(guò)第二變頻調(diào)制器得出調(diào)制信號(hào)；當(dāng)?shù)谝浑妷簜鞲衅鞯妮敵龆诵盘?hào)(V inf) 大小在第一標(biāo)準(zhǔn)值V1與第二標(biāo)準(zhǔn)值V2之間時(shí)，通過(guò)控制方式選擇器選擇第二加法器，調(diào)節(jié)第 二加法器的輸出端信號(hào)(D ref)的大小，同時(shí)保持頻率基準(zhǔn)值生成器的輸出端信號(hào)(fsref)不 變，通過(guò)恒頻脈寬調(diào)制器得出調(diào)制信號(hào)。由此，可針對(duì)不同變換器、不同的優(yōu)化目標(biāo)，劃分不 同工作模式的邊界點(diǎn)，有針對(duì)性的實(shí)現(xiàn)高效的控制策略。
[0010] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0011] 1、該電路結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)的變換器結(jié)構(gòu)減少了一個(gè)大電感和一個(gè)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(fù)、寄生振蕩的問(wèn)題；
[0013] 3、實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)管的零電流開(kāi)通；
[0014] 4、新型PmdJP變頻分段優(yōu)化組合控制方案可以針對(duì)不同的優(yōu)化目標(biāo)，變換器工作 更加高效。
【附圖說(shuō)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(hào)名稱：Tr--變壓器（原邊繞組Wl^uawshQ1WQ2--開(kāi)關(guān)管；D!~ D2--開(kāi)關(guān)管Qi~Q2對(duì)應(yīng)的體二極管；D3~D5--二極管；Ids--流經(jīng)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(cè)電壓；C。 濾波電容， Ro--負(fù)載電阻；Vref--輸出電壓基準(zhǔn)值；V。--輸出電壓；Vof--輸出電壓檢測(cè)值； Ve 電壓調(diào)節(jié)器輸入?目號(hào)值;Vr 電壓調(diào)節(jié)器的輸出?目號(hào)值;Vinf 輸入電壓檢測(cè)值； Vin--輸入電壓；Afsl--控制方式選擇器的第一輸出端信號(hào)值；Δ D--控制方式選擇 器的第二輸出端信號(hào)值；Afs2-一控制方式選擇器的第三輸出端信號(hào)值;fsref-一開(kāi)關(guān)頻 率基準(zhǔn)值;Dq 調(diào)制比基準(zhǔn)值;f Sl 第一加法器的輸出端彳目號(hào);Dref 第二加法器的 輸出端?目號(hào)；fs2 第二加法器的輸出端彳目號(hào)；Dmax 最大調(diào)制比生成器的輸出?目號(hào)； Dmin--最小調(diào)制比生成器的輸出信號(hào);UQl~UQ2--開(kāi)關(guān)管Ql~〇2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；
[0017]圖2為雙管變換器的工作波形；
[0018] 圖2中符號(hào)名稱：to~t4一一雙管隔離型變換器在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)； ILrl--緩沖電感電流在。時(shí)刻的值;Ih--變壓器勵(lì)磁電流；
[0019] 圖3為雙管變換器在一個(gè)周期內(nèi)的工作模態(tài)；
[0020] 圖4為新型PffM加變頻分段優(yōu)化組合控制方案的示意圖；
[0021 ]圖5為新型PffM加變頻分段優(yōu)化組合控制方案的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)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?fù)淙鐖D1所示，包括變壓器Tr(原邊、副邊），開(kāi)關(guān)管Q^Q2 (D^D2分別為對(duì)應(yīng)體二極管），二極管D3、D4、D5，緩沖電感L r(可由變壓器漏感實(shí)現(xiàn)）、濾波電 容C。，負(fù)載電阻R。。所述開(kāi)關(guān)管可為MOS管。
[0025]開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)管Q 2漏 極端與二極管D4陽(yáng)極端相連，并且與壓器Tr原邊繞組的異名端連接;開(kāi)關(guān)管Q1漏極端、二極 管D 4陰極端同時(shí)連接到輸入電源正極;開(kāi)關(guān)管Q2源極端、二極管D3陽(yáng)極同時(shí)連接到輸入電源 負(fù)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(yáng)極相連，二極管05陰極與濾波電容C。的正極端、負(fù)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(fù)極端、負(fù)載電阻R。的另一端連接。
[0026]內(nèi)電感雙管隔離