同一占空比的双PWM加移相控制方法

摘要

本发明涉及一种同一占空比的双PWM加移相控制方法，属于电力电子领域。本发明基于隔离式双向三电平DC‑DC变换器电路，通过采样原边钳位电压，对原副边开关管进行同一占空比的PWM调制控制，其思想是通过采样输出电压、输入电流及原边钳位电容电压，经过数字运算控制器运算，再通过数字PI调节器产生占空比和移相角，控制原副边的开关管的占空比，从而控制电路功率的传输方向和漏感电流，实现在大占空比小功率状态下较小的电流应力和环流损耗以及电路双向运行的无缝切换。对比现有PWM加移相控制方法，本发明方法降低了电路的电流应力和环流损耗，其控制策略简单，易于实现。

主权项

一种同一占空比的双PWM加移相控制方法，基于隔离式双向三电平DC‑DC变换器电路，其主电路变压器原边由具有有源钳位电路的电流型半桥电路构成，具体为：输入端电源V₁，其正电压侧分别接电感L₁和L₂的一端；L₁的另一端定义为a点，接开关管Q_2a的源极和开关管Q₂的漏极；开关管Q_2a的漏极接钳位电容C_d1的一端，钳位电容C_d1另一端和开关管Q₂的源极接电源V₁的负电压侧；同样，L₂的另一端接开关管Q_1a的源极和开关管Q₁的漏极；开关管Q_1a的漏极接钳位电容C_d2的一端，钳位电容C_d2另一端和开关管Q₁的源极接电源V₁的负电压侧；L₁不与电源V₁正电压侧相接的a点连接漏感L_r一端，L_r另一端接变压器T原边侧一端，该端定义为a₁点，L₂不与电源V₁正电压侧相接的一端定义为b点，接变压器T原边侧另一端，该端定义为b₁点；变压器副边采用三电平半桥电路，具体为：开关管S₁，S₂，S₃，S₄串联，即S₁的漏极接变压器副边连接的三电平半桥电路的输出电压V2的正相端，S₁的源极与S₂的漏极相接，S₂的源极与S₃的漏极相接，连接点定义为c点，S₃的源极与S₄的漏极相接，S₄的源极接V2的负电压侧，c点接变压器副边与a₁为同名端的一端，变压器T副边另一端定义为d点，接二极管D₁的阳极和二极管D₂的阴极，D₁的阴极接钳位电容C_c的一端和S₁的源极，D₂的阳极接钳位电容C_c的另一端和S₃的源极，V2的正相接C₃的一端，C₃的另一端接C₄的一端和变压器T副边的d点，C₄的另一端接V2的负相侧；其特征在于：该控制方法包括两个控制环路：PWM控制环和移相控制环，具体控制步骤如下：步骤一：通过基准数字载波发生器生成基准载波V_tr1，初始相位为0；同时产生与基准载波相位差180°，开关频率相同的交错载波V_tr2；步骤二：移相控制环通过电压传感器采样变压器副边连接的三电平半桥电路的输出电压V₂的值作为移相控制环的电压反馈，计算电压给定值V_ref与V₂的差值，该差值作为电压环数字PI调节器的输入，电压环数字PI调节器输出经过限幅器限幅后作为电流环的给定I_inf；步骤三：通过电流传感器采样电源V₁正极与电感L₁和L₂连接点之间的电流I_in的值作为移相控制环的电流反馈，计算电流环的给定值I_inf与I_in的差值作为电流环数字PI调节器的输入，电流环数字PI调节器输出经过限幅器限幅后输出移相角Φ，其与基准载波V_tr1作为第一载波移相控制器的输入，经过载波移相控制器将基准载波V_tr1移相Φ角度得到开关管S₁和S₄的载波V_tr3；步骤四：设定载波V_tr3的比较值为V_tr3峰值V_tr3(peak)的一半，即V_tr3(peak)/2，将载波V_tr3与其比较值经比较器比较后得到开关管S₁的驱动信号s₁，s₁经过反向器反向后得到开关管S₄的驱动信号s₄；步骤五：将通过电压传感器采样得到的变压器副边连接的三电平半桥电路的输出电压V₂信号，将其一半V₂/2与变压器变比相乘后得到钳位电容上的电压给定，即PWM控制环的给定V_cd1f；步骤六：通过电压传感器采样钳位电容C_d1上的电压V_cd1，与V_cd1f求差后输入PWM控制环的数字PI调节器；步骤七：将PWM控制环数字PI调节器输出经过限幅器限幅后作为载波V_tr1和V_tr2的比较值d，其中d与V_tr1经比较器比较后产生驱动信号q₁，q₁经过反向器反向后得到驱动信号q_1a；d与V_tr2经比较器比较后产生驱动信号q₂，q₂经过反向器反向后得到驱动信号q_2a；这些驱动信号分别驱动对应的开关管Q₁、Q_1a、Q₂、Q_2a；步骤八：将步骤七得到的d和V_tr3作为第二载波移相控制器的输入，经过载波移相控制器将基准载波V_tr3移相d角度得到开关管S₂和S₃的载波V_tr4；设定载波V_tr4的比较值为V_tr4峰值V_tr4(peak)的一半，即V_tr4(peak)/2，将载波V_tr4与其比较值经比较器比较后得到开关管S₂的驱动信号s₂，s₂经过反向器反向后得到开关管S₃的驱动信号s₃。