全橋式變換器的快速啟動方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種快速啟動且能有效防止雙倍磁通產(chǎn)生的全橋式變換器的快速啟動方法。通過DSP芯片產(chǎn)生PWM基準波，DSP芯片給IGBT開關管Ⅳ高電平信號并持續(xù)1/2周期，之后DSP芯片給IGBT開關管Ⅰ高電平信號并持續(xù)1/4周期，IGBT開關管Ⅰ經(jīng)1/4周期后關斷，IGBT開關管Ⅳ經(jīng)1/2周期后的下一個1/2周期內(nèi)保持關斷，IGBT開關管Ⅱ與IGBT開關管Ⅰ以及IGBT開關管Ⅲ與IGBT開關管Ⅳ保持互補導通關系。因此變壓器鐵芯磁通密度的工作即進入正、負半波交替變化的正常運行狀態(tài)，磁通密度由Bm變至0再變至-Bm，完成一個磁通密度的幅值變化。因此有效避免了傳統(tǒng)全橋式變換器啟動時，變壓器鐵芯在初始的半個周期內(nèi)飽和產(chǎn)生雙倍磁通現(xiàn)象。有效避免了變壓器繞組和開關器件燒壞，且加快了啟動速度。
【專利說明】全橋式變換器的快速啟動方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及全橋式變換器【技術領域】，具體涉及一種全橋式變換器的快速啟動方法。
【背景技術】
[0002]在全橋式變換器的開關電源中存在啟動時產(chǎn)生雙倍磁通致使高頻變壓器飽和、開關器件燒壞的危險。一些特殊的場合(例如粉塵顆粒凈化領域)，需要快速間斷式供電，要求電源輸出間斷后能以最快的速度達到全功率輸出水平。當全橋式逆變系統(tǒng)脈沖寬度很窄或啟動時，初始磁通密度接近為零，若以此為起點，突然增加勵磁電壓脈沖寬度到最大值，磁通密度偏移量將達到2Bm(通常情況下，在達到2Bm之前變壓器鐵芯已經(jīng)達到飽和磁密Bs)，這種變壓器鐵芯在初始的半個周期內(nèi)飽和的情況是雙倍磁通現(xiàn)象。雙倍磁通的產(chǎn)生將會導致變壓器繞組和開關器件燒壞，進而損壞整個系統(tǒng)等災難性后果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為了克服以上技術的不足，提供了一種快速啟動且能有效防止雙倍磁通產(chǎn)生的全橋式變換器的快速啟動方法。
[0004]本發(fā)明克服其技術問題所采用的技術方案是:
本全橋式變換器的快速啟動方法，包括如下步驟:
a)全橋式變換器逆變電路中H橋的左上臂為IGBT開關管I，左下臂為IGBT開關管I1、右上臂為IGBT開關管III，右下臂為IGBT開關管IV，IGBT開關管1、IGBT開關管I1、IGBT開關管III以及IGBT開關管IV初始狀態(tài)為關斷狀態(tài)；
b)DSP芯片產(chǎn)生PWM基準波，DSP芯片給IGBT開關管IV高電平信號并持續(xù)1/2周期，IGBT開關管IV首先導通；
c)DSP芯片給IGBT開關管I高電平信號并持續(xù)1/4周期，IGBT開關管I導通，IGBT開關管I與IGBT開關管IV起始高電平信號存在相位差；
d)IGBT開關管I經(jīng)1/4周期后DSP芯片發(fā)出低電平信號控制其關斷；
e)IGBT開關管IV經(jīng)1/2周期后DSP芯片發(fā)出低電平信號控制其關斷；
f)在第一個周期內(nèi)IGBT開關管II與IGBT開關管I以及IGBT開關管III與IGBT開關管IV保持互補導通關系，DSP芯片給IGBT開關管II的信號與IGBT開關管I之間相差一個死區(qū)時間，DSP芯片給IGBT開關管III的信號與IGBT開關管IV之間相差一個死區(qū)時間；
g)從第二個周期開始，IGBT開關管I和IGBT開關管IV處于全脈寬展開狀態(tài)，IGBT開關管II與IGBT開關管I以及IGBT開關管III與IGBT開關管IV保持互補導通關系。
[0005]為了更好的防止全橋式變換器啟動時產(chǎn)生雙倍磁通現(xiàn)象，以及加快全橋式變換器的啟動時間，上述相位差為1/8周期。
[0006]為了更好的防止全橋式變換器上下橋臂直通，造成變換器短路、損壞等現(xiàn)象，上述死區(qū)時間為0.6-1 μ S。[0007]本發(fā)明的有益效果是:在含高頻變壓器的全橋式變換器中，本發(fā)明在防止啟動時產(chǎn)生雙倍磁通現(xiàn)象的同時，加快了全橋式變換器的啟動時間。使全橋式變換器的啟動時間縮短為半個逆變周期。本發(fā)明特別適合一些特定應用場所(需要快速間斷式供電，要求電源輸出間斷后能以最快的速度達到全功率輸出水平，例如粉塵顆粒凈化領域)。本發(fā)明在這些應用場合的使用將降低能耗，增加效能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為現(xiàn)有技術全橋式逆變電路正常運行時磁通密度波形圖；
圖2為全橋式逆變電路啟動時雙倍磁通現(xiàn)象波形圖；
圖3為本發(fā)明半周期啟動法的磁通密度波形；
圖4為本發(fā)明全橋式變換器的電路圖；
圖5為本發(fā)明全橋式變換器逆變電路觸發(fā)信號時序圖；
圖6為本發(fā)明全橋式變換器啟動法的理論啟動波形圖；
圖7為現(xiàn)有技術三周期啟動法的啟動試驗波形圖；
圖8為本發(fā)明全橋式變換器啟動法的啟動試驗波形圖；
圖中，S1.1GBT開關管I S2.1GBT開關管II S3.1GBT開關管III S4.1GBT開關管IV
1.PWM基準波形2.SI觸發(fā)波形3.S2觸發(fā)波形4.S4觸發(fā)波形5.S3觸發(fā)波形T.死區(qū)時間Θ.相位差。
【具體實施方式】
[0009]下面結合附圖1至附圖7對本發(fā)明做進一步說明。
[0010]在含高頻變壓器的全橋式逆變系統(tǒng)中，高頻變壓器鐵芯線圈的勵磁電壓是一個交變量，一般情況下，其正、負半周期的波形幅值及導通脈寬都相同。變壓器勵磁電壓和磁通密度波形，附圖1和附圖2所示為現(xiàn)有技術中全橋式逆變電路磁通密度波形圖，其中，u為施加于變壓器繞組的勵磁電壓，Bm為變壓器鐵芯的工作磁通密度幅值，Bs為變壓器鐵芯的飽和磁通密度。
[0011]如圖1所示，全橋式逆變系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行的半個周期內(nèi)，變壓器最大磁通密度的幅值為工作磁密Bm，符合高頻變壓器設計要求的運行環(huán)境。當全橋式逆變系統(tǒng)脈沖寬度很窄或啟動時，初始磁通密度接近為零，若以此為起點，突然增加勵磁電壓脈沖寬度到最大值，磁通密度偏移量將達到2Bm (通常情況下，在達到2Bm之前變壓器鐵芯已經(jīng)達到飽和磁密Bs)，如圖2所示。這種變壓器鐵芯在初始的半個周期內(nèi)飽和的情況就是雙倍磁通現(xiàn)象。雙倍磁通的產(chǎn)生將會導致變壓器繞組和開關器件燒壞，進而損壞整個系統(tǒng)等災難性后果。防止產(chǎn)生雙倍磁通的措施主要有三種，其一是電流反饋控制，其二是降低變壓器鐵芯的工作磁密，其三是將變壓器勵磁電壓脈沖緩慢展開。措施一在系統(tǒng)中需要新增一階反饋環(huán)節(jié)使控制系統(tǒng)復雜，措施二降低了變壓器鐵芯的利用率增加了成本，措施三將導致全橋式逆變系統(tǒng)啟動緩慢，不利于快速間斷式供電的應用環(huán)境?？焖匍g斷式供電要求開關電源能以最快的速度達到滿功率輸出水平。因此本發(fā)明設計了一種半周期快速啟動法，將在避免雙倍磁通產(chǎn)生的同時大幅提高啟動速度。
[0012]附圖3所示為全橋式變換器的電路圖，其中IGBT開關管I SI，IGBT開關管II S2、IGBT開關管III S3以及IGBT開關管IV S4構成H橋，并且H橋的左上臂為IGBT開關管ISI，左下臂為IGBT開關管II S2、右上臂為IGBT開關管III S3，右下臂為IGBT開關管IV S4,D1、D2、D3和D4分別為IGBT開關管I SI，IGBT開關管II S2、IGBT開關管III S3以及IGBT開關管IV S4的反并聯(lián)二極管。C1、C2、C3、C4分別為并聯(lián)于IGBT開關管I SI，IGBT開關管II S2、IGBT開關管III S3以及IGBT開關管IV S4兩端的無感電容，用于實現(xiàn)電路運行時的零電壓開關(ZVS, zero-voltage switching)。D5、D6、D7和D8為連接于變壓器高壓側(cè)高壓整流硅堆，形成無控全橋整流。電容CE和電阻RE代表負載。LI為串聯(lián)于變壓器原邊的電感和高頻變壓器漏感之和，CS代表高頻變壓器的寄生電容。此電路為現(xiàn)有技術中全橋式變換器的公知電路。
[0013]本全橋式變換器的快速啟動方法，包括如下步驟:
(1)IGBT開關管I S1、IGBT開關管II S2、IGBT開關管III S3以及IGBT開關管IV S4初始狀態(tài)為關斷狀態(tài)；(2) DSP芯片產(chǎn)生PWM基準波1，DSP芯片給IGBT開關管IV S4高電平信號并持續(xù)1/2周期，IGBT開關管IV S4首先導通；(3)DSP芯片給IGBT開關管I SI高電平信號并持續(xù)1/4周期，IGBT開關管I SI導通，IGBT開關管I SI與IGBT開關管IV S4起始高電平信號存在相位差Θ ;(4)IGBT開關管I SI經(jīng)1/4周期后DSP芯片發(fā)出低電平信號控制其關斷；(5) IGBT開關管IV S4經(jīng)1/2周期后DSP芯片發(fā)出低電平信號控制其關斷；(6)在第一個周期內(nèi)IGBT開關管II S2與IGBT開關管I SI以及IGBT開關管III S3與IGBT開關管IV S4保持互補導通關系，DSP芯片給IGBT開關管II S2的信號與IGBT開關管I SI之間相差一個死區(qū)時間T，DSP芯片給IGBT開關管III S3的信號與IGBT開關管IV S4之間相差一個死區(qū)時間T ; (7)從第二個周期開始，IGBT開關管I SI和IGBT開關管IV S4處于全脈寬展開狀態(tài)，IGBT開關管II S2與IGBT開關管I SI以及IGBT開關管III S3與IGBT開關管IV S4保持互補導通關系。IGBT開關管I的SI觸發(fā)波形2、IGBT開關管II的S2觸發(fā)波形3、IGBT開關管IV的S3觸發(fā)波形5以及IGBT開關管III的S4觸發(fā)波形4與DSP芯片發(fā)出的PWM基準波形I的時序圖如附圖4所不。
[0014]變壓器鐵芯的磁通密度B與施加于變壓器繞組兩端的電壓u和持續(xù)時間t的乘積
成正比，如公式
【權利要求】
1.一種全橋式變換器的快速啟動方法，其特征在于:包括如下步驟: a)全橋式變換器逆變電路中H橋的左上臂為IGBT開關管I(SI)，左下臂為IGBT開關管II (S2)、右上臂為IGBT開關管IIKS3)，右下臂為IGBT開關管IV(S4)，IGBT開關管I(SI)、IGBT開關管II (S2)、IGBT開關管III (S3)以及IGBT開關管IV (S4)初始狀態(tài)為關斷狀態(tài)； b)DSP芯片產(chǎn)生PWM基準波(I)，DSP芯片給IGBT開關管IV(S4)高電平信號并持續(xù)1/2周期，IGBT開關管IV(S4)首先導通； c)DSP芯片給IGBT開關管I(SI)高電平信號并持續(xù)1/4周期，IGBT開關管I (SI)導通，IGBT開關管I (SI)與IGBT開關管IV (S4)起始高電平信號存在相位差(Θ )； d)IGBT開關管I (SI)經(jīng)1/4周期后DSP芯片發(fā)出低電平信號控制其關斷； e)IGBT開關管IV(S4)經(jīng)1/2周期后的DSP芯片發(fā)出低電平信號控制其關斷； f)在第一個周期內(nèi)IGBT開關管II(S2)與IGBT開關管I (SI)以及IGBT開關管III(S3)與IGBT開關管IV(S4)保持互補導通關系，DSP芯片給IGBT開關管II (S2)的信號與IGBT開關管I (SI)之間相差一個死區(qū)時間(T)，DSP芯片給IGBT開關管IIKS3)的信號與IGBT開關管IV (S4)之間相差一個死區(qū)時間(T)； g)從第二個周期開始，IGBT開關管I(SI)和IGBT開關管IV(S4)處于全脈寬展開狀態(tài)，IGBT開關管II (S2)與IGBT開關管I (SI)以及IGBT開關管III(S3)與IGBT開關管IV(S4)保持互補導通關系。
2.根據(jù)權利要求1所述的全橋式變換器的快速啟動方法，其特征在于:所述相位差(Θ )為1/8周期。
3.根據(jù)權利要求1所述的全橋式變換器的快速啟動方法，其特征在于:所述死區(qū)時間(T)為 0.6-1 μ S。
【文檔編號】H02M1/36GK103825444SQ201410055309
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月19日 優(yōu)先權日:2014年2月19日
【發(fā)明者】倪兆瑞 申請人:倪兆瑞