DC/DC变换器及其控制方法技术

本发明专利技术涉及一种DC/DC变换器及其控制方法，所述DC/DC变换器包括BUCK输入级降压电路、FB_ZVZCS移相全桥DC/DC隔离变换电路和由整流二极管组成的整流桥电路，所述BUCK输入级降压电路的输入端连接输入电压，所述BUCK输入级降压电路的输出端与所述FB_ZVZCS移相全桥DC/DC隔离变换电路的输入端连接，所述FB_ZVZCS移相全桥DC/DC隔离变换电路的输出端与变压器的原边连接，所述变压器的副边与所述整流桥电路的输入端连接，所述整流桥电路的输出连接负载。本发明专利技术输入电压范围宽、系统效率高以及更能适应多变的工况，且功耗低，采用整体控制以及同步分段软启动的控制方式，将两级拓扑电路作为一个整体进行控制，稳定性和可靠性高。

【技术实现步骤摘要】
DC/DC变换器及其控制方法
本专利技术属于电力电子
，涉及开关电源，具体地说，涉及一种DC/DC变换器及其控制方法。
技术介绍
新型高效软开关技术和自适应控制算法是解决隔离型DC/DC高频化、大功率、宽电压输入输出、复杂环境高度适应性的重要途径。参见图1，传统的硬开关隔离型DC/DC变换器包括H桥、隔离变压器和副边整流器，该DC/DC变换器的拓扑结构简单，控制方式采用移相控制等多种控制方法。但现有的硬开关隔离型DC/DC变换器存在以下缺点：(1)开关器件在开通关断时，电压电流的交叠面积大，开关损耗较大，尤其在高频大功率工作场合给散热系统的设计造成困难。(2)原边网压波动大，在变压器变比固定的情况下，变换器输出电压范围较窄。(3)由于网压和负载波动大，变压器正负半周波形瞬时不对称，变压器容易发生单向饱和。(4)在高压输入情况下，副边整流二极管承受的电压较大，电力电子器件的电压利用率受到限制。参见图2a-2b，在传统硬开关拓扑结构的基础上，改进的软开关DC/DC变换器通过在副边设计由二极管和电容组成的辅助电路实现H桥器件的ZVZCS(零电压零电流开关)，即实现开关器件的软开关问题。但仍存在以下缺点：(1)辅助电路设计有负载，增加了系统的故障风险。(2)采用副边由开关器件构成谐振的软开关，增加了副边整流器件的电压应力，峰值最大可达2倍，控制复杂。(3)由于输入级拓扑结构的限制，该拓扑结构依旧存在电压范围大、负载波动大造成的各种问题。此外，现有DC/DC变换器的拓扑机构还存在：(1)采用单一参数的被动控制算法，通用性差，不能适应复杂多变的工况。(2)DC/DC串级拓扑的控制存在响应慢、稳定性差等缺点。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述问题，提供了一种自适应、低功耗、高功率密度、宽电压工作范围的DC/DC变换器及其控制方法。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种DC/DC变换器，包括BUCK输入级降压电路、FB_ZVZCS移相全桥DC/DC隔离变换电路和由整流二极管组成的整流桥电路，所述BUCK输入级降压电路的输入端连接输入电压，所述BUCK输入级降压电路的输出端与所述FB_ZVZCS移相全桥DC/DC隔离变换电路的输入端连接，所述FB_ZVZCS移相全桥DC/DC隔离变换电路的输出端与变压器的原边连接，所述变压器的副边与所述整流桥电路的输入端连接，所述整流桥电路的输出连接负载。优选的，所述整流桥电路为由两个参数完全相同的桥式电路串联组成，所述变压器设有两个完全相同的副边，第一桥式电路的输入端连接所述变压器的第一副边，第二桥式电路的输入端连接所述变压器的第二副边。优选的，所述BUCK输入级降压电路为由IGBTQ0、续流二极管D0、储能电抗器L1和滤波电容FC1组成的串并联电路。优选的，所述FB_ZVZCS移相全桥DC/DC隔离变换电路为由4个带续流二极管的IGBT组成的串并联电路，第一IGBTQ1和第三IGBTQ3组成超前臂，第二IGBTQ2和第四IGBTQ4组成滞后臂；所述第一IGBTQ1的C端和E端之间并联电容Ce1，所述第三IGBTQ3的C端和E端之间并联电容Ce2；所述变压器的原边一端连接于第一IGBTQ1和第三IGBTQ3之间，另一端连接于第二IGBTQ2和第四IGBTQ4之间。为了达到上述目的，本专利技术另提供了一种DC/DC变换器的控制方法，含有以下步骤：BUCK-DC/DC变换器同步软启动启动时间包括t0-t5时刻；t0-t1时刻，BUCK输入级降压电路启动输出，此时DC/DC变换器的支撑电容低，FB_ZVZCS移相全桥DC/DC隔离变换电路的PWM占空比为10％，远离变压器的原边电流周期谐振所达到的峰值时间，变压器的原边冲击电流小；t1-t2时刻，BUCK输入级降压电路的输出维持平稳的FB_ZVZCS移相全桥DC/DC隔离变换电路的PWM占空比逐渐变宽为30％，仍小于变压器的原边电流周期谐振所达到的峰值时间，变压器的原边冲击电流小；t2-t3、t3-t4、t4-t5时刻重复之前的步骤；t5时刻，FB_ZVZCS移相全桥DC/DC隔离变换电路的PWM占空比稳定在80％，整流二极管承受的最大电压仅为nVs的60％，其中，n表示变压器变比，Vs为BUCK输入级降压电路的输出电压，输出电压达到目标值；串联整体控制FB_ZVZCS移相全桥DC/DC隔离变换电路的PWM占空比固定在80％，以DC/DC变换器的输出电压作为被控量，通过调节BUCK输入级降压电路的占空比调节DC/DC变换器的输出电压，BUCK输入级降压电路的输出电压只做峰值限压，整流二极管承受的最大电压仅为nVs的60％。优选的，步骤(2)中，通过自适应模糊PI控制调节BUCK输入级降压电路的占空比调节输出电压，采用参数可变的模块PI控制器，其具体方法为：将DC/DC变换器的输出电压偏差e(k)和偏差微分进行模糊化处理，通过隶属度函数进行控制调节模式，并根据模糊规则调节KP和KI，通过KP和KI调节BUCK输入级降压电路的占空比。与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果在于：(1)本专利技术提供的DC/DC变换器，包括两级拓扑结构，即BUCK-FB_ZVZCS结构。第一级为BUCK输入级降压电路，本级作为电网与后级电路的缓冲电路，将波动较大的电网电压转换为电压更低、波动更小的输出电压作为后级的输入电压，扩大了系统的电压适用范围，并提高了系统的可靠性和稳定性，后级电路同时可以使用电压等级更小的器件，可进一步提高开关频率和功率密度；第二级为FB_ZVZCS移相全桥DC/DC隔离变换电路，能够完全实现软开关，谐振电路具有结构简单的优点，并且和其他现有谐振电路相比，整理二极管所承受的电压应力更小，提高了器件使用安全性。本专利技术与现有硬开关DC/DC变换器相比，明显降低了器件的开关消耗，与现有软开关DC/DC变换器相比，电压应力更小。(2)本专利技术提供的DC/DC变换器，与现有DC/DC变换器相比，更能适应多变的工况，可以作为多种电网电压等级下的通用平台，为后级系统提供稳定的直流电源，能够有效降低系统重量，提高系统效率，简化系统结构，且成系统本降低。(3)本专利技术提供的DC/DC变换器的控制方法，针对DC/DC变换器启动易过流的特点，采用BUCK-DC/DC变换器同步分段软启动的控制方式，初始阶段缓慢，随着输出电压升高而逐渐加快，在保证启动冲击电流更小的前提下缩短启动时间，提高了系统的可靠性。(4)本专利技术提供的DC/DC变换器的控制方法，采用整体控制方式，将两级拓扑电路作为一个整体进行控制，与现有技术中各级独立控制相比，避免了各级单独控制所带了的响应速度和稳定性问题，进一步简化了控制策略，减低了控制的复杂度，提高了系统的稳定性和响应速度，具有很轻的实用性，FB_ZVZCS移相全桥DC/DC隔离变换电路采用固定的80％占空比，该占空比下超前臂和滞后臂软开关实现效果更好，整流二极管承压更小。(5)本专利技术提供的DC/DC变换器的控制方法，针对固定控制参数不适应多变的工况，采用参数可变的自适应模糊PI控制策略，PI参数不再固定不变，而是在模糊规则控制条件下自适应的进行改变，使变换器参数更适应当前的工作环境，具有更快的响应速度和相应精度以及更强的抗干扰能力，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种DC/DC变换器，其特征在于，包括BUCK输入级降压电路、FB_ZVZCS移相全桥DC/DC隔离变换电路和由整流二极管组成的整流桥电路，所述BUCK输入级降压电路的输入端连接输入电压，所述BUCK输入级降压电路的输出端与所述FB_ZVZCS移相全桥DC/DC隔离变换电路的输入端连接，所述FB_ZVZCS移相全桥DC/DC隔离变换电路的输出端与变压器的原边连接，所述变压器的副边与所述整流桥电路的输入端连接，所述整流桥电路的输出连接负载。

【技术特征摘要】
1.一种DC/DC变换器，其特征在于，包括BUCK输入级降压电路、FB_ZVZCS移相全桥DC/DC隔离变换电路和由整流二极管组成的整流桥电路，所述BUCK输入级降压电路的输入端连接输入电压，所述BUCK输入级降压电路的输出端与所述FB_ZVZCS移相全桥DC/DC隔离变换电路的输入端连接，所述FB_ZVZCS移相全桥DC/DC隔离变换电路的输出端与变压器的原边连接，所述变压器的副边与所述整流桥电路的输入端连接，所述整流桥电路的输出连接负载。2.如权利要求1所述的DC/DC变换器，其特征在于，所述整流桥电路为由两个参数完全相同的桥式电路串联组成，所述变压器设有两个完全相同的副边，第一桥式电路的输入端连接所述变压器的第一副边，第二桥式电路的输入端连接所述变压器的第二副边。3.如权利要求1或2所述的DC/DC变换器，其特征在于，所述BUCK输入级降压电路为由IGBTQ0、续流二极管D0、储能电抗器L1和滤波电容FC1组成的串并联电路。4.如权利要求1或2所述的DC/DC变换器，其特征在于，所述FB_ZVZCS移相全桥DC/DC隔离变换电路为由4个带续流二极管的IGBT组成的串并联电路，第一IGBTQ1和第三IGBTQ3组成超前臂，第二IGBTQ2和第四IGBTQ4组成滞后臂；所述第一IGBTQ1的C端和E端之间并联电容Ce1，所述第三IGBTQ3的C端和E端之间并联电容Ce2；所述变压器的原边一端连接于第一IGBTQ1和第三IGBTQ3之间，另一端连接于第二IGBTQ2和第四IGBTQ4之间。5.一种如权利要求1至4任意一项所述的DC/DC变换器控制方法，其特征在于，含有以下步骤：(1)BU...

【专利技术属性】
技术研发人员：周双雷，马法运，王博，王善芬，徐超炜，
申请(专利权)人：中车青岛四方车辆研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37