一种双向半桥三电平CLLLC谐振变换器及软启动控制方法技术

本申请公开了一种双向半桥三电平CLLLC谐振变换器及软启动控制方法，包括：先解锁一次侧半桥三电平的驱动信号，闭锁二次侧半桥三电平的驱动信号；一次侧半桥三电平采用定频变占空比控制，向一次侧半桥的第一开关管和第四开关管输出占空比相同，但相差50％占空比的控制信号，向一次侧的第二开关管和第三开关管输出占空比相同比第一占空比多出增量占空比，但相差50％占空比的控制信号；每个开关周期增加为控制信号增加预定步长。本申请的启动方法能够在变换器启动的过程中抑制电流的过冲，保证电流的平衡以及平稳变化，降低了对开关管的耐流要求，避免启动过程中变压器的偏磁问题，降低变压器容量的要求，从而减小变换器的体积，提高了变换器的功率密度。

【技术实现步骤摘要】
一种双向半桥三电平CLLLC谐振变换器及软启动控制方法
本专利技术涉及电力电子
，特别涉及一种双向半桥三电平CLLLC谐振变换器及软启动控制方法。
技术介绍
随着电力电子器件的发展，双向DC-DC变换器因其体积小，重量轻，无污染，功率因数高等优点广泛应用于分布式发电、电动汽车、轨道交通等领域。双主动全桥(DAB)变换器是目前应用最为广泛的DC-DC变换器。但是DAB变换器在实际应用过程中存在不少问题，原边H桥超前桥臂和滞后桥臂开关管实现ZVS软开关的条件是不同的，滞后桥臂上的开关管在运行过程中容易造成占空比丢失，软开关失效，这是移相全桥DC-DC变换器的固有特性。负载较轻时，变换器ZVS范围减小，难以实现全范围软开关。近年来，软开关谐振型DC-DC变换器得到了越来越多的关注。谐振变换器具有自然软开关特性，可在较宽的输入电压和全负载范围内实现软开关，不需要借助任何辅助网络且控制简单。但是CLLLC谐振变换器正常启动时，默认一次侧NPC电容已经充上电，初始输出电压为零。如果直接使用PFM控制下的驱动信号去驱动一次侧开关管，，桥臂输出电压VAB此时将瞬间全部加在CLLLC谐振网络上，会对二次侧NPC电容进行充电。此过程将产生较大的冲击电流，不仅可能击穿开关管，还会因过压而损毁谐振电容和NPC电容。传统LLC谐振变换器通常采用提高开关频率fs降低增益M的方式来启动。但是这种高频软启动策略在应用中有很大的局限性，当工作频率fs达到一定值时，通过增大工作频率fs并不能有效降低变换器增益M，同时开关管的自身特性及外部驱动性能也会限制住开关频率。综上，现有技术中的高频启动并不能获得理想的启动效果，难以抑制电流的过冲，无法保证电流的平衡以及平稳变化。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种双向半桥三电平CLLLC谐振变换器的软启动控制方法，能够在变换器启动的过程中抑制电流的过冲，保证电流的平衡以及平稳变化，降低了对开关管的耐流要求。其具体方案如下：一种双向半桥三电平CLLLC谐振变换器的软启动控制方法，包括：双向半桥三电平CLLLC谐振变换器启动时先解锁一次侧半桥三电平的驱动信号，闭锁二次侧半桥三电平的驱动信号；一次侧半桥三电平采用定频变占空比控制，启动时刻，向一次侧半桥的一次侧第一开关管和一次侧第四开关管输出占空比均为第一占空比，但相差50％占空比的第一控制信号和第四控制信号，向一次侧第二开关管和一次侧第三开关管输出占空比为所述第一占空比与增量占空比之和，但相差50％占空比的第二控制信号和第三控制信号；每个开关周期增加为所述第一控制信号、所述第二控制信号、所述第三控制信号和所述第四控制信号增加预设的预定步长；其中，所述预定步长大于0小于1；所述第一占空比与所述增量占空比之和大于0小于0.5。可选的，在二次侧端口电压以恒定斜率上升期间，tD_change＝X×T；式中，tD_change为占空比持续改变时间，Vin为输入电压，D1为所述第一占空比在第一周期的初始占空比，Dmax为所述第一占空比的最大设置占空比，Cp21为二次侧第一NPC电容，X为当前周期数，VAB1为二次侧端口电压在第一周期的初始值，VABX为二次侧端口电压的最大值，T为开关周期。可选的，启动初始时刻，所述双向半桥三电平CLLLC谐振变换器的高频变压器的原边电压为输入电压的1/2，输出电压为零。本专利技术还公开了一种控制器，用于输出如前述的第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号和第四控制信号，包括：压控振荡器模块、限幅模块、调制模块、移相模块、信号混合模块；所述压控振荡器模块，用于输出带有谐振频率的正弦波；所述限幅模块，用于降低占空比变化速率以及限制所述正弦波的输出幅值；所述调制模块，用于将限幅模块输出的信号与所述压控振荡器输出的所述正弦波信号作比较，得到原始第一控制信号和原始第四控制信号；所述移相模块，用于将输入的所述原始第一控制信号和所述原始第四控制信号分别移相后产生所述第二控制信号和所述第三控制信号；所述信号混合模块，用于混合所述原始第一控制信号和所述第二控制信号，得到所述第一控制信号，混合所述原始第四控制信号和所述第三控制信号，得到所述第四控制信号。可选的，所述调制模块，包括：第一调制单元，用于将限幅模块输出的信号与所述压控振荡器输出的所述正弦波信号作比较，得到所述原始第一控制信号；第二调制单元，用于将限幅模块输出的信号与所述压控振荡器输出的所述正弦波信号作比较，得到所述原始第四控制信号。可选的，所述移相模块，包括：第一移向单元，用于对输入的所述原始第一控制信号进行移相得到所述第二控制信号；第二移向单元，用于对输入的所述原始第四控制信号进行移相得到所述第三控制信号。本专利技术还公开了一种双向半桥三电平CLLLC谐振变换器，使用如前述的双向半桥三电平CLLLC谐振变换器的软启动控制方法，包括依次相连的一次侧半桥三电平电路、一次侧谐振电路、高频变压器、二次侧谐振电路和二次侧三电平电路。本专利技术中，双向半桥三电平CLLLC谐振变换器的软启动控制方法，包括：双向半桥三电平CLLLC谐振变换器启动时先解锁一次侧半桥三电平的驱动信号，闭锁二次侧半桥三电平的驱动信号；一次侧半桥三电平采用定频变占空比控制，启动时刻，向一次侧半桥的一次侧第一开关管和一次侧第四开关管输出占空比均为第一占空比，但相差50％占空比的第一控制信号和第四控制信号，向一次侧第二开关管和一次侧第三开关管输出占空比为所述第一占空比与增量占空比之和，但相差50％占空比的第二控制信号和第三控制信号；每个开关周期增加为所述第一控制信号、所述第二控制信号、所述第三控制信号和所述第四控制信号增加预设的预定步长；其中，所述预定步长大于0小于1；所述第一占空比与所述增量占空比之和大于0小于0.5。本专利技术的启动方法能够在变换器启动的过程中抑制电流的过冲，保证电流的平衡以及平稳变化，降低了对开关管的耐流要求，同时可以进一步避免启动过程中变压器的偏磁问题，降低了对变压器容量的要求，从而减小变换器的体积，提高了变换器的功率密度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例公开的一种双向半桥三电平CLLLC谐振变换器的软启动控制方法流程示意图；图2为本专利技术实施例公开的一种双向半桥三电平CLLLC谐振变换器电路拓扑示意图；图3为本专利技术实施例公开的一种占空比持续改变时间与输出电压对应关系示意图；图4为本专利技术实施例公开的一种控制信号生成示意图；图5为本专利技术实施例公开的一种双向半桥三电平CLLLC谐振变换器直接启动时的仿真波形图；...

【技术保护点】
1.一种双向半桥三电平CLLLC谐振变换器的软启动控制方法，其特征在于，包括：双向半桥三电平CLLLC谐振变换器启动时先解锁一次侧半桥三电平的驱动信号，闭锁二次侧半桥三电平的驱动信号；一次侧半桥三电平采用定频变占空比控制，启动时刻，向一次侧半桥的一次侧第一开关管和一次侧第四开关管输出占空比均为第一占空比，但相差50％占空比的第一控制信号和第四控制信号，向一次侧第二开关管和一次侧第三开关管输出占空比为所述第一占空比与增量占空比之和，但相差50％占空比的第二控制信号和第三控制信号；/n每个开关周期增加为所述第一控制信号、所述第二控制信号、所述第三控制信号和所述第四控制信号增加预设的预定步长；/n其中，所述预定步长大于0小于1；所述第一占空比与所述增量占空比之和大于0小于0.5。/n

【技术特征摘要】
1.一种双向半桥三电平CLLLC谐振变换器的软启动控制方法，其特征在于，包括：双向半桥三电平CLLLC谐振变换器启动时先解锁一次侧半桥三电平的驱动信号，闭锁二次侧半桥三电平的驱动信号；一次侧半桥三电平采用定频变占空比控制，启动时刻，向一次侧半桥的一次侧第一开关管和一次侧第四开关管输出占空比均为第一占空比，但相差50％占空比的第一控制信号和第四控制信号，向一次侧第二开关管和一次侧第三开关管输出占空比为所述第一占空比与增量占空比之和，但相差50％占空比的第二控制信号和第三控制信号；
每个开关周期增加为所述第一控制信号、所述第二控制信号、所述第三控制信号和所述第四控制信号增加预设的预定步长；
其中，所述预定步长大于0小于1；所述第一占空比与所述增量占空比之和大于0小于0.5。


2.根据权利要求1所述的双向半桥三电平CLLLC谐振变换器的软启动控制方法，其特征在于，在二次侧端口电压以恒定斜率上升期间，



tD_change＝X×T；



式中，tD_change为占空比持续改变时间，Vin为输入电压，D1为所述第一占空比在第一周期的初始占空比，Dmax为所述第一占空比的最大设置占空比，Cp21为二次侧第一NPC电容，X为当前周期数，VAB1为二次侧端口电压在第一周期的初始值，VABX为二次侧端口电压的最大值，T为开关周期。


3.根据权利要求2所述的双向半桥三电平CLLLC谐振变换器的软启动控制方法，其特征在于，启动初始时刻，所述双向半桥三电平CLLLC谐振变换器的高频变压器的原边电压为输入电压的1/2，输出电压为零。


4.一种控制器，其特征在于，用于输出如权利要求1至3中任...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟令辉，赵鹏，刘华峰，华仕容，赵琦璘，李建军，杨清明，
申请(专利权)人：四川航天烽火伺服控制技术有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51