[发明专利]一种双频交错混合半桥电路及其控制方法

说明书

本发明提供了一种双频交错混合半桥电路及其控制方法。本发明的双频交错混合半桥电路使得输入能量被两个桥臂进行以不同的频率处理，利用低频桥臂以较低频率处理功率，降低损耗，利用高频桥臂实现部分功率的高频处理，补偿因低频桥臂低频动作引起的谐波，实现有源滤波的作用，使输出波形逼近预期值。通过不同频率能量包的优化组合，实现不同工况下的能量变换。本发明充分结合了低成本、额定容量大的器件低频处理系统主功率和低损耗、高频率的器件高频处理部分功率，实现了双频交错混合半桥电路，与全高频处理半桥电路相比，能显著提高效率，降低损耗和成本。

技术领域

本发明涉及开关电源领域，尤其涉及一种双频交错混合半桥电路及其控制方法。

背景技术

电力电子变换器的重要职能就是将电能进行相互转换以适用于不同的工况场合。在开关变换器中，为了实现这一目标，变换器通过功率器件将输入能量流处理成若干能量包，再借助储能元件(电感及电容)运送，并通过需求控制能量包在元件之间彼此交换汇集，平滑而稳定地输出能量流。

传统的半桥结构为全功率处理，将输入电能以统一路径、频率进行处理。为了实现变换器良好的性能，使输出的波形更接近预期值，最直接的方式是提高功率器件的开关频率，实现变换器的高频化。高开关频率可以大幅度减小设备无源元件的体积和重量，实现高功率密度的目标。高开关频率在提高变换器性能的同时也带来了很多挑战，其中最直接的挑战就是损耗急剧上升。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种双频交错混合半桥电路及其控制方法。本发明的技术方案如下。

一种双频交错混合半桥电路，包括低频支路和高频支路，所述低频支路包括低频桥臂和主电感，所述高频支路包括高频桥臂和高频电感；

主电感与高频电感并联相连接，低频桥臂与高频桥臂并联相连接；

所述低频桥臂包括第一低频器件和第二低频器件；

所述高频桥臂包括第一高频器件和第二高频器件。

优选的，所述第一低频器件和/或所述第二低频器件包括硅金属氧化物晶体管、硅基绝缘栅双极型晶体管反并联二极管。

优选的，所述第一高频器件和/或第二高频器件包括硅基超级结金属氧化物晶体管、碳化硅金属氧化物晶体管或氮化镓高电子迁移率晶体管。

一种基于双频交错混合半桥电路的功率控制方法包括：

将总电流参考值ILr乘以比例系数生成低频桥臂电流参考值IL1r，将低频桥臂电流参考值IL1r与低频桥臂电流采样值IL1s相比较得到低频桥臂控制误差IL1.err，将低频桥臂控制误差IL1.err输入到低频电流调节器，输出低频桥臂的控制信号占空比DL，通过PWM调制模块获得低频桥臂开关信号；通过调整比例系数改变低频桥臂功率分配比率，从而实现高低频桥臂的电流自由分配；其中，所述总电流参考值ILr为需要跟踪的总电流参考信号；

基于模型预测函数计算低频桥臂电流变化量预测值ΔIL1p；其中，所述模型预测函数为：

式中，VAB为输入端口电压，VCB为输出端口电压，TSH为高频开关周期，L1低频桥臂电感；SL为低频桥臂开关函数：

其中，SL1为低频桥臂的第一低频器件，SL2为低频桥臂的第二低频器件；

将总电流参考值ILr与总电流采样值ILs比较得到总电流误差IL.err，总电流误差IL.err与低频桥臂电流变化量预测值ΔIL1p相比较后生成高频桥臂电流控制误差IL2.err，将所述高频桥臂电流控制误差IL2.err输送到高频电流调节器产生高频桥臂的控制信号占空比DH，通过PWM调制模块获得高频桥臂开关信号；

优选的，在每个高频周期中引入低频桥臂电流预测值ΔIL1p，以实时补偿低频桥臂电流纹波。