[发明专利]串联谐振全桥变换器的变压器磁密控制方法

说明书

本发明公开了一种串联谐振全桥变换器的变压器磁密控制方法，包括：控制第一开关管Q1和第三开关管Q3之间移相半个开关周期0.5Ts，两者的占空比相同且为半个串联谐振周期0.5Tr；第二开关管Q2超前第四开关管Q4半个开关周期0.5Ts，且两者在一个开关周期内开关两次；第二开关管Q2的第一次开通起点滞后第一开关管Q1的半个串联谐振周期0.5Tr，只导通半个串联谐振周期0.5Tr；第二开关管Q2的第二次开通起点滞后第一开关管Q1半个开关周期0.5Ts，且导通时间应大于0.5Tr但小于一个串联谐振周期Tr。通过改变开关频率来控制变换器传输功率大小。本发明在相同输出电压条件下，变压器励磁电流和磁密的最大值不受开关频率和功率变化的影响，解决在轻载下变压器易饱和的难题。

技术领域

本发明涉及一种串联谐振全桥变换器的变压器磁密控制方法，属于电力电子的技术领域。

背景技术

高压脉冲电源可为激光核聚变、离子束武器、高能微波、MARX发生器、雷达发射器等提供巨大的脉冲能量。作为重要的脉冲动力源，高压脉冲电源有工频和高频两种方式，与工频电源相比，高频电源在效率、功率密度、体积、质量等方面更具优势。随着新的开关器件与功率变换技术的发展，可以实现软开关的高频谐振型变换器得到了广泛应用。其中串联谐振全桥DC/DC变换器在断续谐振电流模式下具有充电电流恒定、控制简单和软开关实现容易等特点，因此广泛应用于高压电容器充电、静电除尘等系统中。然而，串联谐振全桥DC/DC变换器通常采用变频控制，随着所需能量的变化，频率变化范围很大，这导致了磁性元件的设计难题，尤其是大功率变压器在低频下很容易出现饱和现象，限制了变换器的工作范围也增加了变压器的体积和成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种串联谐振全桥变换器的变压器磁密控制方法，解决传统的串联谐振全桥变换器通常采用变频控制技术，其简单易实现，但存在谐振电流峰值大和磁性元件设计困难等问题。尤其是变压器的磁密会随着功率和开关频率的变小快速上升，存在很大的变压器饱和风险的问题。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

串联谐振全桥变换器的变压器磁密控制方法，包括：

在一个开关周期内，控制串联谐振全桥变换器内第一开关管Q1和第三开关管Q3之间移相半个开关周期0.5Ts，两者的占空比相同且为半个串联谐振周期0.5Tr；并且，控制第二开关管Q2超前第四开关管Q4半个开关周期0.5Ts，且两者在一个开关周期内开关两次；控制第二开关管Q2的第一次开通起点滞后第一开关管Q1的开通起点半个串联谐振周期0.5Tr，第一次只导通半个串联谐振周期0.5Tr；控制第二开关管Q2的第二次开通起点滞后第一开关管Q1的开通起点半个开关周期0.5Ts，且第二次导通时间应大于半个串联谐振周期0.5Tr但小于一个串联谐振周期Tr。所述开关周期内通过改变开关频率来实现变换器传输功率大小的控制。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述串联谐振全桥变换器工作于电流断续模式，且在电流断续阶段变压器原边电压始终为零。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述串联谐振全桥变换器传输功率的大小与开关频率成正比。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述第一至第四开关管均为零电流开通和关断。

本发明采用上述技术方案，能产生如下技术效果：

相对于串联谐振变换器传统的变频控制技术，本发明具有如下优点：1）相同参数下，谐振电流峰值可以降低50%以上；2）变压器励磁电流和磁密的最大值只与谐振元件有关，不受开关频率和功率变化的影响，在相同输出电压的条件下，可彻底解决传统串联谐振变换器在低频下变压器易饱和的难题，同时大大方便了变压器的设计，也减小了其体积和成本。同时，本发明依然保留了原有的零电流软开关特性。

附图说明