基于无源PT对称的无铁芯DC-DC变换器轻载控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于无源PT对称的无铁芯DC

【技术实现步骤摘要】
基于无源PT对称的无铁芯DC
‑
DC变换器轻载控制方法


[0001]本专利技术涉及电力电子的
，尤其是指一种基于无源PT对称的无铁芯DC
‑
DC变换器轻载控制方法。

技术介绍

[0002]由于半导体器件的开关损耗、通态损耗以及磁性器件的铁损、铜损等的影响，电能变换装置(如光伏逆变器、EV充电模块等)的腔体内常常处于高温下，这对半导体器件的PN结可靠性、磁性材料的稳定性都存在较大影响。半导体器件可利用水冷、油冷、风冷等散热措施限制PN结温。但对于磁性器件而言，导线绕组需要与磁芯高密度地紧凑环绕，器件的中心温度远高于环境温度，且临近效应和趋肤效应将进一步恶化磁性材料的温度，导致磁性材料在高温工况下经历性能损失，这影响到了电能变换装置能否正常运行。无铁芯变压器不存在磁芯对变压器性能的影响，即设计过程中无需考虑磁芯的饱和问题、散热问题、绝缘问题等，这使得无铁芯变压器有着极为更广阔的应用空间。
[0003]宇称
‑
时间(Parity time，PT)对称理论被广泛应用于无线电能传输，可实现强抗偏移、抗负载波动的性能。该理论在定耦合系数的无铁芯变压器中应用同样可实现高效、实用运行。当应用无铁芯变压器的直流变换器满足PT对称时，其输入输出电压、电流特性与有铁芯变压器是一致的，电压比等于匝比，电流比等于匝比的倒数。但在轻载工况下，变换器难以满足PT对称，并且输出电压的稳定控制便成为了一个问题，而无源PT对称理论则为该问题提供了新解决方案。

技术实现思路
/>[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种基于无源PT对称的无铁芯DC
‑
DC变换器轻载控制方法，可实现无铁芯DC
‑
DC变换器轻载工况的高效率输出，尤其是半导体器件损耗低，输出电压纹波低，控制方法简单、容易实现。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：基于无源PT对称的无铁芯DC
‑
DC变换器轻载控制方法，该方法需要配置电压采样模块、电流采样模块、过零比较模块、频率检测模块、比较器以及基于无源PT的控制模块，其中，所述电压采样模块用于对无铁芯DC
‑
DC变换器的输出电压u
o
采样，所述电流采样模块用于对无铁芯DC
‑
DC变换器的非线性饱和受控电压源的输出电流i
p
采样，所述过零比较模块用于将电流采样信号转化为方波信号，所述频率检测模块用于将方波信号转化为数字信号f，所述比较器用于将输出电压u
o
与给定输出电压u
ref
比较，所述基于无源PT的控制模块用于控制非线性饱和受控电压源的输出电压；
[0006]该方法的具体实施包括以下步骤：
[0007]通过电流采样模块对输出电流i
p
采样，将电流采样信号输入过零比较模块转化为方波信号，再将方波信号输入到频率检测模块，通过频率检测模块将方波信号转化为数字信号f，并输入到基于无源PT的控制模块；
[0008]通过电压采样模块对输出电压u
o
采样，将采样电压信号输入到比较器，在比较器中将输出电压u
o
与给定输出电压u
ref
比较，当输出电压u
o
低于给定输出电压u
ref
时，触发基于无源PT的控制模块，否则不触发基于无源PT的控制模块；
[0009]当基于无源PT的控制模块被触发时，基于无源PT的控制模块会根据输入的数字信号f，发出一个与电流i
p
同相位的半周期脉冲驱动信号，控制非线性饱和受控电压源输出与驱动信号同步的脉冲电压为无铁DC
‑
DC芯变换器提供了初始能量，随后无铁芯DC
‑
DC变换器进入满足无源PT对称的工作状态，其原、副边电感的电流呈现衰减自由振荡向负载馈能，实现轻载工况下输出电压u
o
的稳定控制。
[0010]进一步，当无铁芯DC
‑
DC变换器满足原边谐振频率等于副边谐振频率时，无铁芯DC
‑
DC变换器所对应的等效哈密顿量符合PT对称；式中，L
p
和L
s
分别为无铁芯DC
‑
DC变换器的原边线圈和副边线圈的自感值，原边线圈的自感值表示为L
p
＝L
kp
+L
m
，副边线圈的自感值表示为L
kp
为无铁芯DC
‑
DC变换器的原边漏感的电感值，L
ks
为无铁芯DC
‑
DC变换器的副边漏感的电感值，L
m
为无铁芯DC
‑
DC变换器的励磁电感的感量，n
p
：n
s
为无铁芯DC
‑
DC变换器的原、副边匝数比；C
p
和C
s
分别为无铁芯DC
‑
DC变换器的原边串联电容和副边串联电容的电容值，κ为无铁芯DC
‑
DC变换器的原边绕组和副边绕组的互感系数；γ
p
为无铁芯DC
‑
DC变换器的原边损耗率；γ
s
为无铁芯DC
‑
DC变换器的副边损耗率。
[0011]本专利技术与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
[0012]1、采用无铁芯变压器技术，避免了有铁芯的磁芯的饱和现象且磁导率将不受温度影响，无需考虑铁芯和绕线的绝缘问题，重量轻，成本低，重量功率密度得到了进一步提升。
[0013]2、充分利用无铁芯变压器低感量的特点，将电路控制在满足无源PT对称，通过电容电感的衰减自由振荡向负载传递能量，以维持轻载下的输出电压稳定，实现了基于无源PT对称的无铁芯DC
‑
DC变换器在轻载工况下的高效率输出。
附图说明
[0014]图1为配套外围控制回路的无铁芯DC
‑
DC变换器的结构框图。
[0015]图2为无铁芯DC
‑
DC变换器等效电路图。
[0016]图3为非线性饱和受控电压源实现电路图。
[0017]图4为无铁芯DC
‑
DC变换器的输出电压和电流、原边绕组电流与副边绕组电流、驱动信号的波形图。
具体实施方式
[0018]下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0019]本实施例公开了一种基于无源PT对称的无铁芯DC
‑
DC变换器轻载控制方法，该方法需要配置电压采样模块、电流采样模块、过零比较模块、频率检测模块、比较器以及基于无源PT的控制模块，见图1所示，其中，所述电压采样模块用于对无铁芯DC
‑
DC变换器的输出电压u本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于无源PT对称的无铁芯DC
‑
DC变换器轻载控制方法，其特征在于：该方法需要配置电压采样模块、电流采样模块、过零比较模块、频率检测模块、比较器以及基于无源PT的控制模块，其中，所述电压采样模块用于对无铁芯DC
‑
DC变换器的输出电压u
o
采样，所述电流采样模块用于对无铁芯DC
‑
DC变换器的非线性饱和受控电压源的输出电流i
p
采样，所述过零比较模块用于将电流采样信号转化为方波信号，所述频率检测模块用于将方波信号转化为数字信号f，所述比较器用于将输出电压u
o
与给定输出电压u
ref
比较，所述基于无源PT的控制模块用于控制非线性饱和受控电压源的输出电压；该方法的具体实施包括以下步骤：通过电流采样模块对输出电流i
p
采样，将电流采样信号输入过零比较模块转化为方波信号，再将方波信号输入到频率检测模块，通过频率检测模块将方波信号转化为数字信号f，并输入到基于无源PT的控制模块；通过电压采样模块对输出电压u
o
采样，将采样电压信号输入到比较器，在比较器中将输出电压u
o
与给定输出电压u
ref
比较，当输出电压u
o
低于给定输出电压u
ref
时，触发基于无源PT的控制模块，否则不触发基于无源PT的控制模块；当基于无源PT的控制模块被触发时，基于无源PT的控制模块会根据输入的数字信号f，发出一个与电流i
p
同相位的半周期脉冲驱动信号，控制非线性饱和受控电压源输出与驱动信号同步的脉冲电压为无铁DC
‑
DC芯变换器提供了初始能量，随后无铁芯DC
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：张波，赖立，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：