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(shí)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(huì)的快速發(fā)展，大眾對(duì)能源、環(huán)境等問(wèn)題的日益關(guān)注，電動(dòng)汽車(chē)作為新型汽 車(chē)，W其在環(huán)保方面的突出優(yōu)勢(shì)成為新型汽車(chē)的重要發(fā)展發(fā)向。為了提高電動(dòng)汽車(chē)的適用 性，需要縮短電動(dòng)汽車(chē)電池的充電時(shí)間，那么就需要對(duì)高壓大功率變換器進(jìn)行深入研究。目 前在電動(dòng)汽車(chē)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(guò) 其中的整流拓?fù)浜笾绷髂妇€(xiàn)電壓較高，增加了后級(jí)直流變換器開(kāi)關(guān)管上的電壓應(yīng)力，因此 采用合適的軟開(kāi)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(kāi) 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(shí)難W實(shí)現(xiàn)ZVS，副邊整流二極管反向恢復(fù)的問(wèn)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(kāi)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(kāi)關(guān)管記為Qii(即圖1中化1~化1)，另一只與Qii連接的開(kāi)關(guān)管記 為化2(即圖1中化2~942)，1 = 1，2,3,4;每只開(kāi)關(guān)管上并聯(lián)一個(gè)吸收電容片^同時(shí)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(lì)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(kāi)關(guān)管的電壓錯(cuò)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(dòng)汽車(chē)充電機(jī)的DC/DC變換器需要滿(mǎn)足兩個(gè)條件：
[0006] 1、實(shí)現(xiàn)DC/DC變換器中主開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)關(guān)(ZVS);
[0007] 2、經(jīng)過(guò)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(dòng)汽車(chē)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(gè)變換器需要工作在降壓模式。
[000引對(duì)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(shí)Zin( jWs)為 感性；當(dāng)Im(Zin( jWs))<0時(shí)Zin( jWs)為容性；當(dāng)Im(Zin( jWs))=0時(shí)，Zin( jWs)為純阻性，Ws 表示 開(kāi)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(guò)零點(diǎn)與負(fù)載大小(Q值)有關(guān):當(dāng)開(kāi)關(guān)角頻率Ws小于諧振角頻率W。時(shí)，Im(Zin( jWs))的過(guò)零 點(diǎn)所對(duì)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(kāi)關(guān)角頻率Ws大于諧振角頻 率W。時(shí)，Im(Zin(jWs))的值與負(fù)載的大小無(wú)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(gè)工作區(qū)域，虛線(xiàn)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(shí)，即圖2中Im(Zin(jws))>0的部分，變換器的開(kāi)關(guān)管為ZVS;當(dāng)變換器工 作在區(qū)域3時(shí)，即圖2中Im(Zin( jws) ) <0的部分，變換器的開(kāi)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(kāi)關(guān)管的ZVS。當(dāng)Ws>w。時(shí)，變換器工作在區(qū)域1中， 無(wú)論負(fù)載如何變化，主開(kāi)關(guān)管都能實(shí)現(xiàn)ZVS;而當(dāng)Ws<w。時(shí)，只有重載時(shí)，才能工作在區(qū)域2 中，能實(shí)現(xiàn)ZVS，輕載時(shí)只能工作在區(qū)域3不能實(shí)現(xiàn)ZVS。同時(shí)為了滿(mǎn)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(mǎn)足，而在區(qū)域2中為升壓模式。綜 上可知，既要滿(mǎn)足開(kāi)關(guān)管實(shí)現(xiàn)ZVS條件，同時(shí)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(guò)改變開(kāi)關(guān)管的開(kāi)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(shí)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(shí)，M隨 頻率變化的速度更慢。此時(shí)要得到更低的輸出電壓，則開(kāi)關(guān)管必須工作在很高的頻率中，然 而由于過(guò)高的開(kāi)關(guān)頻率會(huì)受到硬件電路的制約，因此不能長(zhǎng)時(shí)間使開(kāi)關(guān)管W過(guò)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。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0013] 本實(shí)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(shí)現(xiàn)寬范圍的輸出電壓。
[0014] 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實(shí)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(dòng)信號(hào)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(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)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(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)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(jìn)行比較，當(dāng)尤 < 表，向選通模塊輸 出有效電平信號(hào)，當(dāng)向選通模塊輸出無(wú)效電平信號(hào)；
[0019] 選通模塊接收頻率比較模塊發(fā)送的電平信號(hào)，當(dāng)電平信號(hào)為有效電平信號(hào)，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(dòng)信號(hào)生成模塊；當(dāng)電平信 號(hào)為無(wú)效電平信號(hào)，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(dòng) 信號(hào)生成模塊；
[0020] 驅(qū)動(dòng)信號(hào)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(gè)開(kāi)關(guān)管：當(dāng)所接收信號(hào)為頻率值fd時(shí)，令八只開(kāi)關(guān)管的P麗波的 頻率值均為fd，占空比與上一時(shí)刻相同，并且四只與輸入直流電壓源連接的開(kāi)關(guān)管化I的關(guān) 斷時(shí)刻要早于其余同屬一只橋臂的開(kāi)關(guān)管化2;當(dāng)所接收信號(hào)為占空比k時(shí)，四只與輸入直 流電壓源連接的開(kāi)關(guān)管Qii的PWM波的占空比為k，其余四只開(kāi)關(guān)管Qi2的PWM波的占空比均為 初始值，八只開(kāi)關(guān)管PWM波的頻率值均為/d，并且開(kāi)關(guān)管化1的關(guān)斷時(shí)刻要早于同屬一只橋 臂的開(kāi)關(guān)管化2。
[0021] 本實(shí)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(duì)象，根據(jù)采樣到的輸出電壓和參考輸出電壓計(jì)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(kāi)關(guān)管的PWM波，占空比與上一時(shí)刻相 同，并且四只與輸入直流電壓源連接的開(kāi)關(guān)管化1的關(guān)斷時(shí)刻要早于同屬一只橋臂的開(kāi)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(kāi)關(guān)管化1的P歷波的 占空比為k，其余四只開(kāi)關(guān)管Qi2的PWM波的占空比均為初始值，八只開(kāi)關(guān)管的PWM波的頻率值 均為頻率值上限，并且開(kāi)關(guān)管化1的關(guān)斷時(shí)刻要早于同屬一只橋臂的開(kāi)關(guān)管化2。
[0022] 本實(shí)用新型采用頻率值和占空比相結(jié)合的方式來(lái)控制輸出電壓，運(yùn)種控制方式不 會(huì)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(chǎng)合，適合應(yīng)用于給汽車(chē)電池充電的充電機(jī)中。
【附圖說(shuō)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(fù)載下輸入阻抗虛部變化圖；
[0025] 圖3是不同負(fù)載下工作區(qū)域劃分示意圖；
[0026] 圖4是本實(shí)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(shí)施方式】 結(jié)構(gòu)圖；
[0027] 圖5是頻率調(diào)節(jié)前后兩個(gè)控制周期的驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形圖；
[0028] 圖6是占空比調(diào)節(jié)前后S個(gè)控制周期的驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行描述，W便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更 好地理解本實(shí)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(jì)的詳細(xì) 描述也許會(huì)淡化本實(shí)用新型的主要內(nèi)容時(shí)，運(yùn)些描述在運(yùn)里將被忽略。
[0030] 為了更好地說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，首先對(duì)本實(shí)用新型所基于的原理進(jìn)行簡(jiǎn) 要說(shuō)明。
[0031] 本實(shí)用新型采用頻率和占空比相結(jié)合的方式來(lái)控制電壓輸出，通過(guò)采用一般的擴(kuò) 展描述函數(shù)法建?？芍?，調(diào)節(jié)占空比也可W改變輸出電壓，并且在改變占空比時(shí)，固定開(kāi)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(huì)變，變換器的輸入阻抗也不會(huì)變，仍 然呈感性，可知調(diào)節(jié)占空比仍可W實(shí)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(hù)硬件電路的設(shè)計(jì)與安全性，本實(shí)用新型設(shè)置了開(kāi)關(guān)管 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率的范圍，驅(qū)動(dòng)信號(hào)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(dòng)信號(hào)頻率fd的上限乂,.=化8/。,。、。當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率fd 達(dá)到上限時(shí)，就不調(diào)整驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率，而是調(diào)整驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比k。
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