[发明专利]一种定频谐振式直流变换装置及其控制方法

说明书

本发明公开了一种定频谐振式直流变换装置及其控制方法，属于电力电子和电力自动化设备，解决现有谐振式直流变换系统轻载效率低和控制复杂问题。本发明所述定频谐振式直流变换装置包括功率变换电路、谐振电路、高频变压器、整流电路、滤波电路、采样调理电路、控制器以及驱动电路；本发明所述控制方法通过控制谐振式直流变换器工作模式的组合方式与工作时间，实现在固定频率下对谐振式直流变换器输出能量的调节。与传统谐振式直流变换系统相比，本发明具有高效率、控制设计简单和频率固定等特点，实现了谐振式直流变换器全负载变化范围的高效运行。

技术领域

本发明属于电力电子和电力自动化设备，涉及一种定频谐振式直流变换装置及其控制方法。

背景技术

谐振变换器是各种直流变换器中较为流行的拓扑结构，具有软开关特性和磁集成特性等优势。目前，谐振变换器主要有变频控制和定频控制两种控制方法。

在传统的定频控制方法中，通过控制超前桥臂和滞后桥之间的移相，从而调节输入电压以获得所需电压；该方法有三个主要缺点：(1)有较大环路电流；(2)高反向恢复电压；(3)在轻载工作状态下失去软开关特性。为解决上述问题，部分研究者利用同步整流开关实现原、副边相移以提高电压调节能力，但是当输入电压和输出电压不匹配时会出现较大无功电流。在宽工作范围的要求下，传统固定频率控制方法效率较低且调节性能较差，使其难以应用。

在变频控制方法中，通过控制开关频率以改变谐振腔阻抗从而达到所需电压，该方法已广泛应用于谐振变换器中；但该控制方法使得变换器具有非线性特性，控制性能较差。为解决该问题，部分研究者采用多环反馈控制方法，通过构建的谐振电流或电压内环来改善小信号特性，部分研究者设计状态观测器以减小变换器非线性的影响。但是，上述线性控制方法难以用于优化非线性系统的性能。部分研究者采用滑模控制、bang-bang控制、鲁棒控制、自适应模糊控制等非线性控制方法控制谐振变换器获取良好性能，但其计算复杂难以在实际中应用。

因此，急需一种建模简单、控制便捷，具有较宽工作范围且有较好的动态响应性能以及稳定性的谐振变换器控制方法。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种定频谐振变换器装置及控制方法，以解决现有谐振变换器效率低、控制复杂、调节范围窄等问题，与现有技术相比，本发明综合具有了传统定频控制与变频控制的优点，即提高了谐振变换器的效率，又使得谐振变换器具有线性特性，实现了简单有效的控制。

根据本发明的其中一方面，本发明解决其技术问题，采用的定频谐振式直流变换装置，包括：功率变换电路、谐振电路、高频变压器、整流电路、滤波电路、采样调理电路、控制器以及驱动电路；

功率变换电路采用全桥电压型变换器或半桥电压型变换器，用于根据驱动电路输出的驱动信号将输入电源的直流电压变换成周期性变化的正负半周期对称的方波电压；当功率变换器为全桥型电压型变换器时，驱动电路生成的第一至第四路驱动信号送至功率变换电路的第一至第四路驱动信号接口；当功率变换器为半桥型电压型变换器时，驱动电路生成的第一和第二路驱动信号送至功率变换电路的第一和第二路驱动信号接口；功率变换电路的输入端用于与输入电源相连，功率变换电路的输出端与谐振电路输入端相连，功率变换电路的驱动信号接口与驱动电路相连；

谐振电路用于在方波电压的激励下产生的高频谐振电流，谐振电路的输入端与功率变换电路的输出端相连，谐振电路的输出端与高频变压器的输入端相连；

高频变压器用于放大或缩小高频谐振电压和电流；高频变压器输入端与谐振电路输出端相连，高频变压器输出端与整流电路输入端相连；

整流电路用于将高频谐振电流变换为直流电流，整流电路输入端与高频变压器输出端相连，整流电路输出端与滤波电路输入端相连；