全橋llc諧振dc/dc變換器的輸出電壓控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本實用新型屬于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C諧 振DC/DC變換器的輸出電壓控制裝置。
【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行深入研究。目 前在電動汽車充電機的研究當(dāng)中，S相功率因數(shù)校正一般WS相380VAC±20%輸入，經(jīng)過 其中的整流拓撲后直流母線電壓較高，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，但是都存在輕載時難W實現(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，而全橋化C諧振DC/DC變換器可W改善運些缺點，從 而成為研究熱點。
[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進行整流。
[0005] 應(yīng)用于電動汽車充電機的DC/DC變換器需要滿足兩個條件：
[0006] 1、實現(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)) 的過零點與負載大小(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 點所對應(yīng)的頻率值隨著負載減小而增大，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， 無論負載如何變化，主開關(guān)管都能實現(xiàn)ZVS;而當(dāng)Ws<w。時，只有重載時，才能工作在區(qū)域2 中，能實現(xiàn)ZVS，輕載時只能工作在區(qū)域3不能實現(xiàn)ZVS。同時為了滿足充電機的需求，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行控制的控制方法不能運用于寬范圍輸出電壓的充電機控制 中。 【實用新型內(nèi)容】
[0013] 本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種全橋化打皆振DC/DC變換器 的寬范圍電壓輸出控制裝置，采用頻率和占空比相結(jié)合的方式，實現(xiàn)寬范圍的輸出電壓。
[0014] 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實用新型全橋化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 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.方進行比較，當(dāng)尤 < 表，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I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Qii的PWM波的占空比為k，其余四只開關(guān)管Qi2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/d，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] 本實用新型全橋化C諧振DC/DC變換器的輸出電壓控制裝置，分別W頻率和占空比 為調(diào)節(jié)對象，根據(jù)采樣到的輸出電壓和參考輸出電壓計算得到頻率值fd和占空比k，如果頻 率值小于預(yù)設(shè)的頻率值上限，根據(jù)頻率值fd生成八只開關(guān)管的PWM波，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 Qi2,否則根據(jù)占空比k生成P歷波，其中四只與輸入直流電壓源連接的開關(guān)管化1的P歷波的 占空比為k，其余四只開關(guān)管Qi2的PWM波的占空比均為初始值，八只開關(guān)管的PWM波的頻率值 均為頻率值上限，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。
[0022] 本實用新型采用頻率值和占空比相結(jié)合的方式來控制輸出電壓，運種控制方式不 會受到硬件電路的限制，并且該控制裝置適合于寬范圍、高電壓輸入，W及寬范圍電壓輸出 的場合，適合應(yīng)用于給汽車電池充電的充電機中。
【附圖說明】
[0023] 圖1是全橋化打皆振DC/DC變換器的電路圖；
[0024] 圖2是不同負載下輸入阻抗虛部變化圖；
[0025] 圖3是不同負載下工作區(qū)域劃分示意圖；
[0026] 圖4是本實用新型全橋化C諧振DC/DC變換器的輸出電壓控制裝置的【具體實施方式】 結(jié)構(gòu)圖；
[0027] 圖5是頻率調(diào)節(jié)前后兩個控制周期的驅(qū)動信號波形圖；
[0028] 圖6是占空比調(diào)節(jié)前后S個控制周期的驅(qū)動信號波形圖。
【具體實施方式】
[0029] 下面結(jié)合附圖對本實用新型的【具體實施方式】進行描述，W便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更 好地理解本實用新型。需要特別提醒注意的是，在W下的描述中，當(dāng)已知功能和設(shè)計的詳細 描述也許會淡化本實用新型的主要內(nèi)容時，運些描述在運里將被忽略。
[0030] 為了更好地說明本實用新型的技術(shù)方案，首先對本實用新型所基于的原理進行簡 要說明。
[0031] 本實用新型采用頻率和占空比相結(jié)合的方式來控制電壓輸出，通過采用一般的擴 展描述函數(shù)法建?？芍{(diào)節(jié)占空比也可W改變輸出電壓，并且在改變占空比時，固定開關(guān) 頻率為一大于本征諧振頻率的值不變，則基波頻率不會變，變換器的輸入阻抗也不會變，仍 然呈感性，可知調(diào)節(jié)占空比仍可W實現(xiàn)ZVS。一套完整的DC/DC變換器硬件電路，有該硬件電 路所能承受的最高工作頻率。然而根據(jù)器件的選型和參數(shù)的不同，其硬件電路所能承受的 最高工作頻率也不同。因此為了保護硬件電路的設(shè)計與安全性，本實用新型設(shè)置了開關(guān)管 的驅(qū)動信號頻率的范圍，驅(qū)動信號頻率fd在本征諧振頻率與變換器硬件電路所能承受的最 高頻率的80%之間變化，也就是驅(qū)動信號頻率fd的上限乂,.=化8/。,。、。當(dāng)驅(qū)動信號的頻率fd 達到上限時，就不調(diào)整驅(qū)動信號的頻率，而是調(diào)整驅(qū)動信號的占空比k。
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