组合型DC/DC变换器控制策略研究 (2012年)

为了提高变换器输出功率,实现开关管的ZVS,根据两组以上变换器交错并联的电路拓扑,提出了一 种带辅助网络的两路交错并联DC/DC变换器的控制策略.该控制策略可以实现变换器次级电压的交错,使得滞 后桥臂利用另一全桥变换器产生的交错电流实现ZVS.最后运用Saber软件进行了仿真和实验,实验结果验证了 该控制策略的正确性.这对大功率开关电源的研究具有实际指导意义. ### 组合型DC/DC变换器控制策略研究 #### 概述 本文主要探讨了一种新型的控制策略，用于优化交错并联DC/DC变换器的性能，以提高其输出功率并实现开关管的零电压切换（ZVS）。该策略针对两组以上的变换器交错并联的电路拓扑，并通过引入辅助网络来改进传统的控制方法。 #### 背景与动机 随着电力电子技术的发展，DC/DC变换器作为大功率开关电源的关键组成部分，在各种工业应用中扮演着极其重要的角色。全桥移相变换器因其控制简便且易于实现软开关的优点而被广泛应用。然而，在追求更高输出功率的同时，传统变换器面临着实现软开关过程中滞后的开关管零电压开通与占空比丢失的矛盾问题。因此，探索新的控制策略成为提高变换器性能的重要途径。 #### 控制策略介绍 ##### 1. 电路结构 本研究提出的电路结构采用两路交错并联DC/DC变换器，每个变换器包含一个超前桥臂和一个滞后桥臂。超前桥臂和滞后桥臂之间通过辅助网络相连，以实现ZVS。电路中的所有开关管均工作在同一开关频率下，桥内移相角度（例如VT1与VT3之间的移相角）为θ，桥间移相角度（例如VT1与VT5之间的移相角）为φ。 ##### 2. 实现软开关的条件 - **超前开关管的ZVS**：超前开关管（如VT1和VT4）在开通或关断时，原边电流和辅助电感电流会同时流入或流出节点A，给开关管的并联结电容充电或放电，从而确保开关管在零电压状态下完成开通或关断。 - **滞后开关管的ZVS**：滞后开关管（如VT3和VT2）利用A桥和B桥变压器次级线圈的串联连接特性，使得变压器次级输出电流叠加增大，从而在滞后管关断时满足使开关管并联结电容放电完毕的条件，实现零电压开通。 ##### 3. 控制策略 - **桥间移相角φ=180°的控制**：采用φ=180°的控制策略，即两个全桥模块之间的移相角为180°。这种控制方法可以使得A桥和B桥在变压器次级输出电压上呈现出反向同步性，相位互差180°，从而使整流后的电压波形更加平滑，有利于实现ZVS。 - **辅助网络的作用**：辅助网络通过提供额外的电流路径来帮助实现开关管的零电压切换。具体来说，滞后桥臂可以利用另一全桥变换器产生的交错电流实现ZVS。 #### 实验验证 为了验证所提出的控制策略的有效性，研究人员使用Saber软件进行了仿真模拟，并进一步通过实验进行了验证。实验结果表明，该控制策略能够有效地提高变换器的输出功率，并实现了所有开关管的零电压切换，这在很大程度上解决了传统变换器中存在的问题。 #### 结论 本文提出的一种带辅助网络的两路交错并联DC/DC变换器的控制策略不仅提高了变换器的输出功率，还成功实现了开关管的零电压切换，这对于大功率开关电源的设计和开发具有重要的实践指导意义。未来的研究方向可能包括进一步优化辅助网络的设计以及探索适用于更复杂电路拓扑的控制策略。