一種半橋雙向變換器結(jié)構(gòu)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及雙向直流變換器，尤其涉及一種半橋雙向變換器結(jié)構(gòu)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 雙向變換器是能量可以在變換器的兩側(cè)雙向流動的。由于在一套拓撲結(jié)構(gòu)上，實 現(xiàn)了相當于2個單向變換器的功能，所以在需要能量雙向流動的應用中，如直流微網(wǎng)、電 動汽車、微并網(wǎng)控制器等場合，可以大幅減小系統(tǒng)的體積和成本。典型的全橋雙向變換器， 存在開關(guān)器件較多，控制方式相對復雜等缺點。為了進一步簡化電路和降低控制的復雜程 度，提出一種半橋雙向變換器結(jié)構(gòu)及控制方法。半橋雙向變換器使用2個開關(guān)器件，使得控 制方式變的簡單。缺點是非隔離，但尤其適用于非隔離且要求成本低的應用場合。且傳統(tǒng)的 雙向變換器沒有從根本上消除功率回流現(xiàn)象，使得功率器件、磁性元件的損耗增大，降低了 變換器工作效率，關(guān)鍵是功率回流現(xiàn)象的存在，嚴重影響了變換器的工作效率。
[0003] 為了改進上述控制方法的缺點，減小雙向變換器的功率回流和電流應力，本發(fā)明 提出一種電感電流過零PWM控制方法。它完全消除了功率回流現(xiàn)象，且具有更小的電流應 力，同時簡化了半橋開關(guān)管的驅(qū)動信號的關(guān)系，使得實現(xiàn)靈活性增強。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提出了一種電感電流過零PffM控制方法，結(jié)合半橋拓撲結(jié)構(gòu)，以解決現(xiàn)有技 術(shù)中的不足，完全消除了功率回流現(xiàn)象，提高了工作效率。
[0005] 本發(fā)明提出的電感電流過零控制，可以完全消除上述功率回流現(xiàn)象，從而提高功 率的傳輸效率。通過檢測電感電流過零時刻，切斷半橋中一開關(guān)管的電流傳輸路徑，來阻止 功率回流現(xiàn)象的發(fā)生。下面具體從兩個方面來分析電感電流過零控制的工作原理和工作狀 態(tài)。討論過程中都有條件U1>U2滿足，一般在保證較高工作效率的情況下，有Ul電壓為U2電 壓的2到6倍。
[0006] 正向Ul側(cè)到U2側(cè)，變換器工作狀態(tài)分析。假設(shè)變換器已工作于穩(wěn)定狀態(tài)，根據(jù)圖2 所示的電感電流過零控制的工作原理波形，將變換器正向功率傳輸?shù)墓ぷ鳡顟B(tài)分為2種狀 ??τ O
[0007] 狀態(tài)l:t〇-tl階段。如圖1和圖2所示，在to時刻，Ql導通，Q2關(guān)斷，此時的電感電流 iL為0,電感的端電壓為U1-U2,那么導致電感中的電流iL從0開始逐漸增加。在此狀態(tài)下，Ul 側(cè)向U2側(cè)正向傳輸功率，同時Ul側(cè)向電感Ll中儲能。
[0008] 狀態(tài)2:tl-t2階段。如圖1和圖2所示，在tl時刻，Ql關(guān)斷，Q2導通，此時電感電流iL 為(UI-U2) Ton/L。電感的端電壓為-U2，那么由于Q2導通，給電感電流的續(xù)流提供了通路，使 得電感中存儲的能量繼續(xù)正向送入U2側(cè)。在tl-t2階段中檢測電感電流是否過零，若過零則 說明，儲存在電感中的能量以完全送入U2側(cè)，此刻Q2關(guān)斷，以防止U2向Ll儲能，即阻止功率 回流現(xiàn)象的發(fā)生。上述2種狀態(tài)，描述了一個工作周期內(nèi)，功率從Ul傳送到U2側(cè)的情況。
[0009] 反向U2側(cè)到Ul側(cè)，假設(shè)變換器已工作于穩(wěn)定狀態(tài)，根據(jù)圖3所示的電感電流過零控 制的工作原理波形，將變換器反向功率傳輸?shù)墓ぷ鳡顟B(tài)分為2種狀態(tài)。
[0010] 狀態(tài)階段。如圖1和圖3所示，在tO時刻，Ql關(guān)斷，Q2導通，此時的電感電流 iL為0,電感的端電壓為-U2,那么導致電感中的電流iL從0開始逐漸向負方向增加。在此狀 態(tài)下，U2側(cè)向電感Ll中儲能。
[0011] 狀態(tài)2: tl-t2階段。如圖1和圖3所示，在tl時刻，Ql導通，Q2關(guān)斷，此時的電感電流 iL為(_U2)Ton/L。電感的端電壓為U1-U2,那么Ql導通，給電感電流的續(xù)流提供了通路，使得 電感中存儲的能量反向送到Ul側(cè)。在tl-t2階段中檢測電感電流的是否過零，若過零則說 明，儲存在電感中的能量以完全的送入Ul側(cè)，此刻Ql關(guān)斷，以防止Ul向Ll儲能，即阻止功率 回流現(xiàn)象的發(fā)生。上述2種狀態(tài)，描述了一個工作周期內(nèi)，功率從U2傳送到Ul側(cè)的情況。
[0012] 本發(fā)明的優(yōu)點：由于采用了電感電流過零檢測，完全消除了雙向變換器中的功率 回流現(xiàn)象，同時半橋結(jié)構(gòu)使用開關(guān)元件少，其控制方式簡單。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發(fā)明一實施例半橋雙向變換器結(jié)構(gòu)。
[0014] 圖2為本發(fā)明一實施例正向功率傳輸拓撲中電壓電流波形。
[0015] 圖3為本發(fā)明一實施例反向功率傳輸拓撲中電壓電流波形。
[0016] 圖4為本發(fā)明一實施例正向傳輸功率和占空比D的關(guān)系。
[0017] 圖5為本發(fā)明一實施例反向傳輸功率和占空比D的關(guān)系。
【具體實施方式】
[0018] 下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。清楚完整的描述本發(fā)明實施例中的技術(shù) 方案?；诒景l(fā)明的實施例，在本領(lǐng)域里的技術(shù)人員，若沒有做出創(chuàng)造性的勞動前提下，則 所得出所有其他實施例都在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
[0019] 本發(fā)明提出一種半橋雙向變換器結(jié)構(gòu)及控制方法，完全消除了功率回流現(xiàn)象，且 具有更小的電流應力，使用半橋拓撲結(jié)構(gòu)，及電感電流過零控制。
[0020] 正向Ul側(cè)到U2側(cè)，如圖1和圖2所示，令t0=0 Jljtl=Ton
P1表示，U1側(cè)通過電感L1對U2側(cè)正向傳送的功率值， 其中D=Ton/T為占空比，且0 < D < U2/U1J為工作頻率。L為電感Ll的電感量。
[0021] 本發(fā)明又一實施例，帶入具體的參數(shù)，來分析反向傳輸功率和占空比D的關(guān)系。令 Ul=400v，U2=100V，f=50KHz，電感Ll的電感量分別取200uH，300uH和400uH。得到圖4。從圖4 可以看到，隨著占空比D的增大，正向的傳輸功率也在增大。而在其他的條件一定的情況下， 正向傳輸?shù)淖畲蠊β手岛碗姼蠰l的電感量有關(guān)。即電感Ll的電感量越小，則正向傳輸?shù)淖?大功率值越大。
[0022] 反向U2側(cè)到Ul側(cè)，如圖1和圖3所示，令t0=0，則11 =Ton
P2表不，U2側(cè)通過電感L1對U1側(cè)反冋傳迗的功率值， 其中D=Ton/T為占空比，且(I- 為工作頻率。L為電感LI的電感量。
[0023]本發(fā)明又一實施例，帶入具體的參數(shù)，來分析反向傳輸功率和占空比D的關(guān)系。令 Ul=400v，U2=100V，f=50KHz，電感Ll的電感量分別取200uH，300uH和400uH。得到圖5,從圖5 可以看到，隨著占空比D的增大，反向的傳輸功率也在逐漸增大。而在其他條件一定的情況 下，反向傳輸?shù)淖畲蠊β手缓碗姼蠰1的電感量有關(guān)。即電感Ll的電感量越小，則反向傳輸?shù)?最大功率值越大。
【主權(quán)項】
1. 一種半橋雙向變換器結(jié)構(gòu)及控制方法，其特征在于，包括:半橋拓撲結(jié)構(gòu)，脈寬調(diào)制 PWM，電感電流過零檢測，半橋中點串入電感，U1側(cè)電壓大于U2側(cè)電壓。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種半橋雙向變換器結(jié)構(gòu)及控制方法，其特征在于:Q1和Q2互補 導通，其導通時間由占空比決定，導通控制方式由傳送功率的方向決定。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種半橋雙向變換器結(jié)構(gòu)及控制方法，其特征在于:使用了電感 電流過零檢測控制，沒有功率回流現(xiàn)象，提高了工作效率。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種半橋雙向變換器結(jié)構(gòu)及控制方法，其特征在于:U1側(cè)向U2側(cè) 傳輸正向功率和U2側(cè)向U1側(cè)傳輸反向功率，采用不同的控制方式。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種半橋雙向變換器結(jié)構(gòu)及控制方法，其特征在于:U1側(cè)向U2側(cè) 傳輸正向功率時，傳輸功率隨占空比的增大而增大，且成平方關(guān)系。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種半橋雙向變換器結(jié)構(gòu)及控制方法，其特征在于:U2側(cè)向U1側(cè) 傳輸反向功率時，傳輸功率隨占空比的增大而增大，且成平方關(guān)系。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種半橋雙向變換器結(jié)構(gòu)及控制方法，其特征在于:U1側(cè)向U2側(cè) 傳輸正向功率時，8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種半橋雙向變換器結(jié)構(gòu)及控制方法，其特征在于:U2側(cè)向U1側(cè) 傳輸反向功率時
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種半橋雙向變換器結(jié)構(gòu)及控制方法，為了從根本上消除功率回流現(xiàn)象，且減小雙向變換器的電流應力，提出一種電感電流過零控制方法，與半橋拓撲結(jié)構(gòu)配合使用。通過調(diào)節(jié)占空比，來控制傳輸功率的大小。通過切換不同的控制方式，來實現(xiàn)雙向變換器兩側(cè)之間的功率傳輸及方向的控制。
【IPC分類】H02M3/155
【公開號】CN105680688
【申請?zhí)枴緾N201610216107
【發(fā)明人】魏騰飛
【申請人】魏騰飛
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年4月10日