全橋llc諧振dc/dc變換器的輸出電壓控制裝置以及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于DC/DC變換器控制技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，設(shè)及一種全橋化打皆振DC/ DC變換器的輸出電壓控制裝置W及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會的快速發(fā)展，大眾對能源、環(huán)境等問題的日益關(guān)注，電動汽車作為新型汽 車，W其在環(huán)保方面的突出優(yōu)勢成為新型汽車的重要發(fā)展發(fā)向。為了提高電動汽車的適用 性，需要縮短電動汽車電池的充電時間，那么就需要對高壓大功率變換器進(jìn)行深入研究。目 前在電動汽車充電機(jī)的研究當(dāng)中，S相功率因數(shù)校正一般WS相380VAC±20%輸入，經(jīng)過 其中的整流拓?fù)浜笾绷髂妇€電壓較高，增加了后級直流變換器開關(guān)管上的電壓應(yīng)力，因此 采用合適的軟開關(guān)DC/DC變換器W及相應(yīng)的控制方法是很有必要的。
[0003] 目前應(yīng)用最廣泛的DC/DC變換器是移相全橋ZVS(Zero Voltage Switch,零電壓開 關(guān))PWM(Pulse Width Modulation,脈寬調(diào)制)變換器，而現(xiàn)有的各種移相全橋DC/DC變換器 有其各自的優(yōu)點(diǎn)，但是都存在輕載時難W實(shí)現(xiàn)ZVS，副邊整流二極管反向恢復(fù)的問題W及輸 入電壓和轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換效率矛盾等缺點(diǎn)，而全橋化C諧振DC/DC變換器可W改善運(yùn)些缺點(diǎn)，從 而成為研究熱點(diǎn)。
[0004] 圖1是全橋LLC諧振DC/DC變換器的電路圖。如圖1所示，Vin表示輸入直流電壓源，Cl 和C2為輸入分壓電容，其容值較大;8只開關(guān)管組成了全橋變換器的四只橋臂，將每只橋臂 中與輸入直流電壓源連接的開關(guān)管記為Qii(即圖1中化1~化1)，另一只與Qii連接的開關(guān)管記 為化2(即圖1中化2~942)，1 = 1，2,3,4;每只開關(guān)管上并聯(lián)一個吸收電容片^同時反向并聯(lián)二 極管Du，j = 1，2 ;諧振電感、諧振電容Cr串聯(lián)在變壓器Tr原邊，與并聯(lián)在變壓器Tr原邊的勵磁 電感Lm構(gòu)成諧振網(wǎng)絡(luò);使用飛跨電容C3、C4和4只二極管VDl~VD4使得開關(guān)管的電壓錯位在 Vin/2 ;變壓器Tr副邊采用二極管化1~Dr4進(jìn)行整流。
[0005] 應(yīng)用于電動汽車充電機(jī)的DC/DC變換器需要滿足兩個條件：
[0006] 1、實(shí)現(xiàn)DC/DC變換器中主開關(guān)管的零電壓開關(guān)(ZVS);
[0007] 2、經(jīng)過S相PFC整流后，DC/DC變換器的輸入直流電壓在550V~800V的范圍之間， 而輸出電壓V。的范圍一般為〇.3Vin<VD<Vin，且一般的電動汽車充電機(jī)中采用的高頻變壓 器的變比基本上為1 : 1，因此整個變換器需要工作在降壓模式。
[000引對于全橋化C諧振DC/DC變換器而言，只要確定其輸入阻抗Zin的性質(zhì)，就可W確定 實(shí)現(xiàn)ZVS的條件，而Zin的性質(zhì)由Zin的虛部Im(Zin( jWs ))決定，當(dāng)Im(Zin( jWs ) ) >0時Zin( jWs)為 感性；當(dāng)Im(Zin( jWs))<0時Zin( jWs)為容性；當(dāng)Im(Zin( jWs))=0時，Zin( jWs)為純阻性，Ws 表示 開關(guān)角頻率。設(shè)置變壓器Tr的變比N為1:1，令Q= (woLrVR，仿真得到全橋化打皆振DC/DC變換 器的不同Q值下輸入阻抗虛部變化圖。
[0009]圖2是不同負(fù)載下輸入阻抗虛部變化圖。如圖2所示，輸入阻抗的虛部Im(Zin(jWs)) 的過零點(diǎn)與負(fù)載大小(Q值)有關(guān):當(dāng)開關(guān)角頻率Ws小于諧振角頻率W。時，Im(Zin( jWs))的過零 點(diǎn)所對應(yīng)的頻率值隨著負(fù)載減小而增大，且極限值為Ws = Wo;當(dāng)開關(guān)角頻率Ws大于諧振角頻 率W。時，Im(Zin(jWs))的值與負(fù)載的大小無關(guān)，恒為正值。
[0010] 根據(jù)圖2可W劃分出全橋化打皆振DC/DC變換器的工作區(qū)域。圖3是不同負(fù)載下工作 區(qū)域劃分示意圖。如圖3所示，劃分出=個工作區(qū)域，虛線表示工作區(qū)域的邊界。當(dāng)變換器工 作在區(qū)域1和區(qū)域2時，即圖2中Im(Zin(jws))>0的部分，變換器的開關(guān)管為ZVS;當(dāng)變換器工 作在區(qū)域3時，即圖2中Im(Zin( jws) ) <0的部分，變換器的開關(guān)管為ZCS。
[0011] 由于區(qū)域1和區(qū)域2均可實(shí)現(xiàn)主開關(guān)管的ZVS。當(dāng)Ws>w。時，變換器工作在區(qū)域1中， 無論負(fù)載如何變化，主開關(guān)管都能實(shí)現(xiàn)ZVS;而當(dāng)Ws<w。時，只有重載時，才能工作在區(qū)域2 中，能實(shí)現(xiàn)ZVS，輕載時只能工作在區(qū)域3不能實(shí)現(xiàn)ZVS。同時為了滿足充電機(jī)的需求，全橋 LLC諧振DC/DC變換器需工作在降壓模式，區(qū)域1完全可W滿足，而在區(qū)域2中為升壓模式。綜 上可知，既要滿足開關(guān)管實(shí)現(xiàn)ZVS條件，同時又要使DC/DC變換器工作在降壓模式，全橋化C 諧振DC/DC變換器必須工作在區(qū)域1，通過改變開關(guān)管的開關(guān)頻率即可控制輸出電壓。
[0012] 由于充電機(jī)要求輸出電壓V。與輸入電壓的比值M的變化范圍一般很寬，大約在 [0.3，1 ]，而在區(qū)域1時變壓比M隨頻率變化的速度緩慢，特別是當(dāng)負(fù)載?。碤值大)時，M隨 頻率變化的速度更慢。此時要得到更低的輸出電壓，則開關(guān)管必須工作在很高的頻率中，然 而由于過高的開關(guān)頻率會受到硬件電路的制約，因此不能長時間使開關(guān)管W過高的頻率工 作，故一般的只使用頻率進(jìn)行控制的控制方法不能運(yùn)用于寬范圍輸出電壓的充電機(jī)控制 中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種全橋化C諧振DC/DC變換器的寬 范圍電壓輸出控制裝置W及方法，采用頻率和占空比相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)寬范圍的輸出電 壓。
[0014] 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明全橋化C諧振DC/DC變換器的輸出電壓控制裝置包括 電壓采樣模塊、頻率調(diào)節(jié)電壓控制模塊、占空比調(diào)節(jié)電壓控制模塊、頻率比較模塊、選通模 塊、驅(qū)動信號生成模塊，其中：
[0015] 電壓采樣模塊采集全橋化C諧振DC/DC變換器的輸出電壓V。，分別發(fā)送給頻率調(diào)節(jié) 電壓控制模塊、占空比調(diào)節(jié)電壓控制模塊；
[0016] 頻率調(diào)節(jié)電壓控制模塊根據(jù)接收到的輸出電壓V。和預(yù)設(shè)的參考輸出電壓Vref,計(jì) 算得到開關(guān)管驅(qū)動信號的頻率值fd，分別發(fā)送給頻率比較模塊和選通模塊；
[0017] 占空比調(diào)節(jié)電壓控制模塊根據(jù)接收到的輸出電壓V。和預(yù)設(shè)的參考輸出電壓Vref, 計(jì)算得到開關(guān)管驅(qū)動信號的占空比k，發(fā)送給選通模塊；
[0018] 頻率比較模塊接收頻率值fd，與頻率值上限/d進(jìn)行比較，當(dāng)乃</,，向選通模塊 輸出有效電平信號，當(dāng)向選通模塊輸出無效電平信號；
[0019] 選通模塊接收頻率比較模塊發(fā)送的電平信號，當(dāng)電平信號為有效電平信號，選通 與頻率調(diào)節(jié)電壓控制模塊之間的通路，接收頻率值fd轉(zhuǎn)發(fā)給驅(qū)動信號生成模塊；當(dāng)電平信 號為無效電平信號，選通與占空比調(diào)節(jié)電壓控制模塊之間的通路，接收占空比k轉(zhuǎn)發(fā)給驅(qū)動 信號生成模塊；
[0020] 驅(qū)動信號生成模塊根據(jù)接收到的頻率值fd或占空比k，生成PWM波，發(fā)送給全橋化C 諧振DC/DC變換器中的各個開關(guān)管：當(dāng)所接收信號為頻率值fd時，令八只開關(guān)管的P麗波的 頻率值均為fd，占空比與上一時刻相同，并且四只與輸入直流電壓源連接的開關(guān)管化1的關(guān) 斷時刻要早于其余同屬一只橋臂的開關(guān)管化2;當(dāng)所接收信號為占空比k時，四只與輸入直流 電壓源連接的開關(guān)管化1的PWM波的占空比為k，其余四只開關(guān)管化2的PWM波的占空比均為初 始值，八只開關(guān)管PWM波的頻率值均為X，并且開關(guān)管化1的關(guān)斷時刻要早于同屬一只橋臂 的開關(guān)管化2。
[0021] 本發(fā)明還提供了一種全橋化打皆振DC/DC變換器的輸出電壓控制方法，包括W下步 驟：
[0022] Sl:采集全橋化打皆振DC/DC變換器的輸出電壓V。；
[0023] S2: W頻率作為調(diào)節(jié)對象，采用電壓控制算法根據(jù)輸出電壓V。和預(yù)設(shè)的參考輸出 電壓Vref得到開關(guān)管驅(qū)動信號的頻率值fd;同時W占空比作為調(diào)節(jié)對象，采用電壓控制算法 根據(jù)輸出電壓V。和預(yù)設(shè)的參考輸出電壓Vref得到開關(guān)管驅(qū)動信號的占空比k ;
[0024] S3:如果頻率值足</,，. 表示頻率值上限，如果是，進(jìn)入步驟S4,否則進(jìn)入步驟 S5；
[0025] S4:根據(jù)接收到的頻率值f生成PWM波，發(fā)送給全橋LLC諧振DC/DC變換器中的各個 開關(guān)管，令八只開關(guān)管的PWM波的頻率值為fd，占空比與上一時刻相同，并且四只與輸入直 流電壓源連接的開關(guān)管化1的關(guān)斷時刻要早于同屬一只橋臂的開關(guān)管化2,返回步驟SI;
[0026] S5:根據(jù)接收到的占空比k，生成PWM波，發(fā)送給全橋化打皆振DC/DC變換器中的