一种双向全桥DC/DC变换器电路及抑制偏磁的控制方法与流程

本发明涉及双向全桥dc/dc变换器电路和一种抑制双向全桥dc/dc变换器电路动态直流偏磁的控制方法。

背景技术：

双向全桥dc/dc电路作为一种国内外最常用的拓扑之一，由于其功率密度高、体积重量小、电能传输效率高等优点，引起大家的广泛应用，在中大型的功率应用场合更为常见。

双向全桥dc/dc电路含有高频变压器。高频频变压器是工作频率超过10khz的电源变压器，主要用于高频开关电源中作高频开关电源变压器。高频变压器可以高效地实现电能传输、升压降压和电气隔离的功能，是电力电子变换器中的重要能量转换器件。但是，由于在电路功率变化的时候，流过变压器的电流会产生一个直流偏置，使得高频变压器出现饱和及偏磁现象，饱和偏磁严重会使得激磁电感迅速减小，单相磁化电流剧增，从而损坏全桥电路的功率开关管，这也成为限制高频隔离全桥电路性能的主要问题。

而目前对于负载增加导致偏磁抑制，主要是通过在交流侧将电阻与电感串联起来的方法实现的，目的是在每个周期中通过电阻分压减少加在电感上的偏置方向的电压，从而使得电流慢慢恢复到正常状态。此方法的局限性在于通过电阻对偏置的调节速度缓慢，并且电阻过大会使电阻发热严重，电路损耗严重。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种双向全桥dc/dc变换器电路，以及抑制偏磁的闭环控制方法，使得流经变压器的电流能够迅速恢复到功率变化后的稳态电流，以实现电路在发生功率变化时的对偏磁问题的抑制。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种双向全桥dc/dc变换器电路，包括变比为n的高频变压器t1，所述高频变压器t1的原边与电感ls串联后连接接成桥式结构的开关管sa1至sa4，副边连接接成桥式结构的开关管sb1至sb4；所述原边的上下桥臂之间连接有直流端vin，所述副边上下桥臂之间连接有电容c与电阻r并联的负载电路。

优选地，所述开关管sa1至sa4以及开关管sb1至sb4均为反并联二极管。

一种双向全桥dc/dc变换器电路的抑制偏磁的控制方法，包括如下步骤：

步骤1、采集电路中，电感ls的电感量h1、高频变压器t1的变比n、直流端vin的原边直流电压v1；

步骤2、采集电路中交流侧电流is，计算出交流侧电流is每个周期的平均值iave，将平均值iave与0作差后，所得差值经过pi调节器得到副边占空比调整值δd；

步骤3、将副边占空比调整值δd加上0.5，得到副边调整占空比d；

步骤4、采集电路输出电压vout与参考电压vref作比较，得到的差值经过pi调节器得到移相角

步骤4、在负载变化后，通过移相角和副边调整占空比d对副边开关进行调制。

本发明通过对交流侧电流的闭环控制，在短时间内通过对副边交流侧电压的调整，使得交流侧电流能够迅速恢复到稳态的电流，减少直至消除其恢复过程的直流偏置，从而抑制偏磁的问题，对于双向全桥dc/dc变换器电路在功率变化的场合应用具有重要意义。

附图说明

图1为双向全桥dc/dc变换器电路拓扑结构及控制图；

图2为本发明控制方法原副边电压示意图；

图3为本发明控制方法得到的仿真电压波形图；

图4为本发明控制方法得到的仿真电流波形图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本发明方案。

如图1所示，双向全桥dc/dc变换器电路，其包括变比为n的高频变压器t1，该高频变压器t1的原边与电感ls串联连接接成桥式结构开关管sa1至sa4，副边连接接成桥式结构开关管sb1至sb4。开关管sa1至sa4以及开关管sb1至sb4均为反并联二极管。

所述原边的上下桥臂之间连接有直流端vin，所述副边上下桥臂之间连接有电容c与电阻r并联的负载电路。

本发明还提供一种双向全桥dc/dc变换器电路的抑制偏磁的控制方法，在一个周期内，前半周期sa1和sa4同时导通，sa2和sa3保持关断；后半个周期sa2和sa3同时导通，sa1和sa4保持关断，使得高频变压器原边电压vab得到如图2的电压。同一周期内，变压器副边的四个开关管与原边的开关管进行角的移相，得到的高频变压器副边电压vcd得到如图2的电压。

高频变压器副边电压vcd折算到变压器原边为nvcd，其中n为变压器的变比。vab与nvcd的电压差作用在原边的电感ls上，使得原边电感产生如图1的电流is。通过is实现双向全桥dc/dc变换器功率传输，这是双向全桥dc/dc变换器的移相调制原理。

本发明控制方法的具体步骤如下：

步骤1、采集电路中，电感ls的电感量h1、高频变压器t1的变比n、直流端vin的原边直流电压v1；

步骤2、采集电路中交流侧电流is，计算出交流侧电流is每个周期的平均值iave，将平均值iave与0作差后，所得差值经过pi调节器得到副边占空比调整值δd；

步骤3、将副边占空比调整值δd加上0.5，得到副边调整占空比d；

步骤4、在负载变化后，副边的移相角由电压闭环得到，副边的占空比由副边调整占空比d得到。

如图2所示为原副边电压示意图，其中副边的移相角由电压闭环得到，δd由交流侧电流is的平均值iave闭环控制得到。

如图3和图4所示为本发明控制方法得到的仿真结果。电路整体为600v输入，400v输出，初始电阻r为2000ω。在t＝0.2s时将电阻r减小至1600ω，电压在0.27s基本恢复稳定，电流也在0.27s左右恢复到无直流偏置的状态。

modulator调节器是用于将移相角和占空比得到后根据波形对副边开关进行调制的部分。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。