CN1174543C - 相移控制双向直流－直流变换器 - Google Patents

Abstract

本发明的相移控制双向直流-直流变换器，具有主电路和控制电路两部分，主电路包括四个开关管M₁～M₄、钳位电容Cc1、两个隔直电容Ct1、Ct2、滤波电感L_o和隔离变压器T，控制电路包括相移控制芯片，接于相移控制芯片输出端的两个PWM控制芯片，每个控制芯片的误差放大器正端接占空比控制信号，输出端分二路，分别与两个数据选择器的输入端相连，数据选择器的输出信号分二路，其一路输入主电路驱动器，另一路经非门输入主电路驱动器，由驱动电路输出的驱动信号控制主电路开关管。本发明在相移控制传输功率大小和方向的基础上，根据两侧电压幅值，跟踪调节PWM的占空比，能有效的减小变换器的电流应力和电流有效值，并且变换器可以实现软开关工作，提高效率。

Description

相移控制双向直流一直流变换器

                           技术领域

本发明涉及相移控制双向直流-直流变换器。

                           背景技术

为了减小双向直流-直流变换器的体积和重量，必须提高开关频率。而传统的变换器中开关频率的提高必然带来开关损耗的增加。这些年来，出现了解决这个问题的方案。其中有些采用谐振、准谐振或多谐振技术，但是变换器的电压电流应力较高，变频控制增加了滤波器设计的难度；有些加入能量缓冲吸收电路或有源钳位电路，但是增加了变换器和控制的复杂度；也有些采用全桥相移技术，该类变换器结构简单，元器件少，不足之处是当一侧电压偏离平衡值时，变换器的电流峰值和有效值大大增加，势必增加输入与输出之间无功功率的交换，于是增加功率器件、磁性元件的电流应力，增加损耗。

                           发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单，能减小电流的峰值和有效值的相移控制双向直流-直流变换器。

本发明的相移控制双向直流-直流变换器，具有主电路和控制电路两部分，主电路包括四个开关管M₁～M₄、钳位电容Cc1、两个隔直电容Ct1、Ct2、滤波电感L₀和隔离变压器T，隔离变压器T的原边串接第一隔直电容Ct1后跨接在相串联开关管M₁、M₂的其中一个开关管M₂的两端，该两个开关管M₁、M₂的串联电路与直流电源V₁并联，隔离变压器T的副边串接第二隔直电容Ct2后与开关管M₄并联，并分别与开关管M₃和钳位电容Cc1的串联电路、滤波电感L₀与有源负载V₂的串联电路相并联；控制电路包括两输入端分别接给定功率信号和反馈功率信号的相移控制芯片，相移控制芯片的输出信号分二路，分别与第一、第二两个PWM控制芯片的同步端相连，每个PWM控制芯片的误差放大器正端接占空比控制信号，输出端分二路，分别接第一、第二数据选择器的输入端，第一、第二两个数据选择器的公共输入端分别接正、反向控制信号，数据选择器的输出信号分二路，其一路输入主电路驱动器，另一路经非门输入主电路驱动器，所说的主电路驱动器包括上升沿延时电路、隔离电路和驱动电路，输入主电路驱动器的信号经上升沿延时电路输给隔离电路，隔离电路的输出端接驱动电路的输入端，四路驱动电路输出的驱动信号分别输给主电路开关管M₁～M₄。

本发明的相移控制双向直流-直流变换器在相移控制传输功率大小和方向的基础上，根据两侧电压幅值，跟踪调节PWM的占空比，能有效的减小变换器的电流应力和电流有效值，并且变换器可以实现软开关工作，从而可提高效率。

                           附图说明

图1是本发明的主电路；

图2是本发明控制电路框图；

图3是本发明电路原理波形。

                           具体实施方式

发明的相移控制双向直流-直流变换器具有主电路和控制电路两部分，主电路参照图1，它包括四个开关管M₁～M₄、钳位电容Cc1、隔直电容Ct1、Ct2、滤波电感L₀和隔离变压器T，开关管可以是功率场效应晶体管、功率双极型晶体管或绝缘门极晶体管或其它可控的开关器件，图例采用的是功率场效应晶体管，隔离变压器T的原边串接隔直电容Ct1后跨接在相串联开关管M₁、M₂的其中一个开关管M₂的两端，该两个开关管M₁、M₂的串联电路与直流电源V₁并联，图中L₁是隔离变压器的漏感。隔离变压器T的副边串接隔直电容Ct2后与开关管M₄、开关管M₃和钳位电容Cc1的串联电路、滤波电感L₀与有源负载V₂的串联电路相并联；控制电路如图2所示，它包括两输入端分别接给定功率信号A和反馈功率信号B的相移控制芯片1，相移控制芯片的输出信号分二路，分别与第一、第二两个PWM控制芯片2的同步端相连，每个PWM控制芯片的误差放大器正端接占空比控制信号D，D＝NV₂/V₁，N为变压器匝数，输出端分二路，分别接第一、第二数据选择器3的输入端，第一、第二两个数据选择器的公共输入端分别接正、反向控制信号E，数据选择器的输出信号分二路，其一路输入主电路驱动器8，另一路经非门4输入主电路驱动器8，所说的主电路驱动器8包括上升沿延时电路5，隔离电路6和驱动电路7，输入主电路驱动器的信号经上升沿延时电路5输给隔离电路6，隔离电路的输出端接驱动电路7的输入端，四路驱动电路输出的驱动信号V_g1、V_g2、V_g3、V_g4分别输给主电路开关管M₁～M₄的门极。

这里，相移控制芯片可以采用UC3875，PWM控制芯片可以用UC3525A。

变换器的工作过程参照图3，图(a)～图(d)是开关管M₁～M₄的门极驱动信号，图(e)是主电路a、b接点间的电压波形，图(f)是主电路c、d接点间的电压波形，图(g)是变换器漏感L₁的电压波形，图(h)是L₁的电流波形。

变换器工作中，四个开关管M₁、M₂、M₃和M₄的开关频率相同，其中M₁和M₃的驱动控制保持相同的占空比D，M₂与M₁的驱动控制为互补方式，M₄与M₃的驱动控制为互补方式。通过控制M₁和M₃驱动信号的相位关系来达到控制两个直流源V₁和V₂之间能量传输的大小和方向。当V₁或/和V₂电压偏离平衡值时，在开关管M₁和M₃同时导通的时间段(图h，t2～t3时间段)及开关管M₂和M₄同时导通的时间段(图h，t4～t5时间段)变换器电流保持不变，这样可以减小电流应力，减小电流有效值和变换器的损耗。

变压器同一侧的开关管M₁(或M₃)和开关管M₂(或M₄)进行开关切换过程中，由于变压器漏感L₁的存在，在其中一个开关管如M₁关断后，漏感中的电流将给同侧的另一开关管M₂两端并接的等效电容放电，之后后者M₂将在零电压情况下被开通。这样，变换器在双向工作中都可实现软开关工作。任一开关管被关断后，其两端电压均被钳位在一固定电压上，不会出现高的电压应力和振荡。

Claims (1)

1.相移控制双向直流—直流变换器，其特征是具有主电路和控制电路两部分，主电路包括四个开关管(M₁～M₄)、钳位电容(Cc1)、两个隔直电容(Ct1、Ct2)、滤波电感(L₀)和隔离变压器(T)，隔离变压器(T)的原边串接第一隔直电容(Ct1)后跨接在相串联的第一、第二开关管(M₁、M₂)的其中一个开关管(M2)的两端，该第一、第二开关管(M₁、M₂)的串联电路与直流电源(V₁)并联，隔离变压器(T)的副边串接第二隔直电容(Ct2)后与第四开关管(M₄)并联，并分别与第三开关管(M₃)和钳位电容(Cc1)的串联电路、滤波电感(L₀)与有源负载(V₂)的串联电路相并联；控制电路包括两输入端分别接给定功率信号和反馈功率信号的相移控制芯片(1)，相移控制芯片的输出信号分二路，分别与第一、第二两个PWM控制芯片(2)的同步端相连，每个PWM控制芯片的误差放大器正端接占空比控制信号，输出端分二路，分别接第一、第二数据选择器(3)的输入端，第一、第二两个数据选择器的公共输入端分别接正、反向控制信号，数据选择器的输出信号分二路，其一路输入主电路驱动器(8)，另一路经非门(4)输入主电路驱动器(8)，所说的主电路驱动器(8)包括上升沿延时电路(5)、隔离电路(6)和驱动电路(7)，输入主电路驱动器的信号经上升沿延时电路(5)输给隔离电路(6)，隔离电路的输出端接驱动电路(7)的输入端，四路驱动电路输出的驱动信号分别输给主电路的四个开关管(M₁～M₄)。

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