一种电流型双向DC-DC变换器的最佳电流波形控制方法

摘要

本发明涉及一种电流型双向DC-DC变换器的最佳电流波形控制方法，属于电力电子领域高频开关电源方向。本发明方法通过同时调节低压侧的占空比和高压侧全桥两个桥臂开关管导通的逻辑，使得在变压器低压侧电压为零时，变压器漏感电流保持同向变化，完成漏感电流的动态变化至其最大峰值，从而保证变压器低压侧电压不为零时，在传递同样的功率条件下，漏感电流的峰值最小，大大减低了电路和开关管中的环流损耗和通态损耗以及功率器件电流应力，进而提高了电路的效率和性能。与此同时，虽然升压模式与降压模式时副边开关管的开通逻辑略有区别，但是升压模式与降压模式可以无缝切换，所以可以很容易实现系统的闭环的实时控制。

主权项

一种隔离式电流型双向DC‑DC变换器的最佳电流波形控制方法，基于隔离式电流型双向DC‑DC变换器拓扑，主电路低压侧由具有有源钳位电路的电流型半桥拓扑构成，高压侧采用全桥拓扑；包括两个控制环路，低压侧脉宽调制(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；V_tr1移相‑π/2得到载波V_tr4；步骤二：低压侧电压v_ab和高压侧电压v_cd之间的移相控制环的调节；低压侧电压v_ab和高压侧电压v_cd之间的移相控制环通过电压传感器采样高压侧电压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，该差值作为移相控制环电压数字PI调节器1的输入，电压数字PI调节器1的输出经限幅器限幅后作为移相控制环电流数字PI调节器2的给定；通过电流传感器采样低压侧电流i_L的值作为移相控制环的电流反馈，计算电流数字PI调节器给定值与i_L的差值作为电流数字PI调节器2的输入，电流数字PI调节器2的输出经限幅器限幅后作为移相角Φ；(1)升压模式：当0≤Φ≤(2D‑1)π时(其中D为低压侧每个桥臂下管占空比)，基准载波V_tr1移相(2D‑1)π，通过载波移相控制器后得到载波V_tr3；当Φ>(2D‑1)π时，基准载波V_tr1移相Φ，通过载波移相控制器后得到载波V_tr3；将V_tr3与其峰值的一半V_tr3(peak)/2经比较器比较后得到信号S_2and3，其经反向器反向后得到开关管信号S_1and4；载波V_tr4与比较得到控制信号S_4s,将S_4s移相180度得到控制信号S_3s；将信号S_4s与信号S_1and4经过或门运算得到副边开关管驱动信号S₄，将S₄反向得到开关管驱动信号S₂；将信号S_3s与信号S_2and3经过或门运算得到副边开关管驱动信号S₃，将S₃反向得到开关管驱动信号S₁；(2)降压模式：当‑(2D‑1)π≤Φ<0时，基准载波V_tr1移相0，通过载波移相控制器后得到载波V_tr3；当Φ<‑(2D‑1)π时，基准载波V_tr1移相Φ+(2D‑1)π，通过载波移相控制器后得到相位为Φ+(2D‑1)π的载波V_tr3；将V_tr3与其峰值的一半V_tr3(peak)/2经比较器比较后得到信号S_2and3，其经反向器反向后得到开关管信号S_1and4；载波V_tr4与比较得到控制信号S_4s，将S_4s移相180度得到控制信号S_3s；将信号S_4s与信号S_1and4经过或门运算得到副边开关管驱动信号S₂，将S₂反向得到开关管驱动信号S₄；将信号S_3s与信号S_2and3经过或门运算得到副边开关管驱动信号S₁，将S₁反向得到开关管驱动信号S₃；步骤三：低压侧PWM控制环的调节；通过电压传感器采样低压侧钳位电容上的电压V_c(即变压器低压侧电压v_ab的正向最大值)，与经过DSP计算出来的电压给定V_ref/n(这里n＝N₂：N₁)进行求差后作为PWM控制环的数字PI调节器3的输入，将PWM控制环数字PI调节器3的输出经限幅器限幅后作为载波V_tr1和V_tr2的比较值V_m，其中与V_tr1比较产生的控制信号作为开关管Q₂的PWM驱动信号，反向后作为开关管Q_2a的PWM驱动信号；与V_tr2比较产生的控制信号作为开关管Q₁的PWM驱动信号，反向后作为开关管Q_1a的PWM驱动信号。