[发明专利]一种双变压器结构的双向直流变换器及其功率控制方法

摘要

本发明公开的一种基于双变压器结构的双向DC‑DC变换器及其功率控制方法，属于电力电子领域。本发明的变换器由主电路和控制电路组成；主电路由输入侧，输出侧以及两个变压器组成；控制电路包括控制器和驱动电路。本发明通过控制变压器T₁的输入侧电压v_AC,变压器T₂的输入侧电压v_AB以及输出侧电压v_FG和v_AC，v_AB之间移相角，能够实现变换器在宽范围电压输入下的大范围软开关，同时能够降低变换器的损耗，提高变换器的效率。与此同时，所提出的功率控制方法计算简单，实时可靠，提高系统的可靠性以及可实施性。

主权项

1.一种基于双变压器结构的双向DC‑DC变换器的功率控制方法，所述变换器包括控制电路和主电路；主电路主要由输入侧桥臂、两个高频变压器T₁,T₂以及输出侧桥臂构成，输入侧用于将输入的电压进行高频逆变，高频变压器用于实现电气隔离以及增益调整；输出侧用于对变压器交流电压的整形，实现额定电压输出；所述的输入侧为由高频直流电容C₁₁,C₁₂和开关管S₁、S₂、S₃、S₄组成的混合桥电路，输出侧为传统半桥电路，包括开关管S₅、S₆和电容C₂₁、C₂₂；输入侧的高频直流电容C₁₁和C₁₂串联连接，连接点为B点；其中C₁₁的另一端与输入电源正极相接，C₁₂的另一端与输入电源的负极相接；开关管S₁的漏极与S₃的漏极相连，并且与输入电源正极相连接；同时，开关管S₂的源极以及S₄的源极相连，并且与输入电源的负极相连接；开关管S₁的源极与S₂的漏极连接于A点，开关管S₃的源极与S₄的漏极连接于C点；高频变压器T₁的一次侧一端与S₁的源极连接与A点，另一端与S₃的源极连接于C点；高频变压器T₂的一次侧一端与S₁的源极连接与A点，另一端与C₁₁和C₁₂串联连接点B相连接；高频变压器T₁的二次侧一端与S₅的源极连接于F点，另一端与高频变压器T₂的二次侧一端相连；高频变压器T₂的二次侧另外一端与C₂₁和C₂₂串联连接点G相连接；开关管S₅的源极、开关管S₆的漏极与变压器二次端在F点相接，高频电容C₂₁的一端与C₂₂的一端都与变压器二次侧的G点相接；高频电容C₂₁的另一端连接至输出的正极，高频电容C₂₂的另一端连接至输出的负极；同时，开关管S₅的漏极与输出的正极相连，开关管S₆的源极与输出的负极相连；其特征在于：具体控制步骤如下：步骤一、给定变换器输出侧直流输出电压V_ref；对变换器的输入侧与输出侧的有源桥直流电压进行采样，分别记为V₁和V₂；步骤二、根据电压给定值V_ref和电压采样值V₂得到信号计算直流输出电压给定值V_ref与输出侧的实际电压V₂的差值，所述的差值作为电压调节器的输入；所述电压调节器的输出作为v_AC和v_DE之间的移向角控制信号所述电压调节器的输出作为v_AC和v_DE之间的移向角控制信号其中，v_AC为变压器T₁一次侧电压；v_DE为变压器T₁和变压器T₂的二次侧电压之和；步骤三、根据两个电压采样值V₁和V₂得到输入侧桥臂移相角d₁；根据公式(1)中的控制算法，计算输入侧桥臂移相角d₁，d₁＝(V₂‑N₂V₁)/4N₁V₁    (1)其中N₁为变压器T₁的输出侧对输入侧的匝数比，N₂为变压器T₂的输出侧对输入侧的匝数比；步骤四、根据步骤二所得的移向角控制信号和步骤三所得的输入侧桥臂移相角d₁，产生开关管的驱动信号，从而控制变换器的一次侧电压和折合到一次侧的变压器二次侧电压与移相角，从而实现宽电压增益下的开关器件软开关以及减小无功损耗和漏感电流有效值，降低电流造成的电路通态损耗和环流损耗。