一种谐振型双有源桥DC-DC变换器及其控制方法与流程

本发明涉及dc-dc变换器，具体涉及一种谐振型双有源桥dc-dc变换器及其控制方法。

背景技术：

1、图1示出了相关技术中的一种谐振型双有源桥dc-dc变换器(dab)的结构，该变换器的功率可以双向传输，其主要包括两个有源全桥、一个谐振腔、一个隔直电容和一个高频隔离变压器，其中，第一个有源全桥由开关管q1-q4组成，第二个有源全桥由开关管q7-q10组成，谐振腔包括电容cr和电感lr，隔直电容即电容cb，高频隔离变压器即变压器t1。该变换器除调频之外，通过控制有源全桥各自桥臂之间的内移相角可以增大电压增益调节范围；此外，通过控制两个有源全桥之间的外移相角，可以控制功率的流动方向。

2、以功率正向传输为例(即图1中从直流电源v1流向直流电源v2)，如图2a所示，当需求电压增益较大时，输出侧有源全桥的两个桥臂之间移相使输出桥臂中点h3和h4“短路”(两个桥臂的上半部分导通或者下半部分导通，如图2a中阴影部分所示)，该相移时间内直流电源v1给谐振腔电感充磁储存能量，在功率传输时再将电感储存的能量释放到输出端，从而使变换器获得boost特性，增大输出电压增益；如图2b所示，当需求增益较小时，输入侧有源全桥的两个桥臂之间移相使桥臂中点h1和h2“短路”(两个桥臂的上半部分导通或者下半部分导通，如图2b中阴影部分所示)，该相移时间内谐振腔输入电压为零，减小了谐振腔的有效输入电压，从而使变换器获得buck特性，减小输出电压增益。

3、通过对该变换器的控制，可以满足控制功率流向和调节电压增益的需求，但如图2a和图2b所示，在原边及副边桥臂的上、下开关管换流过程中，桥臂中点电压以两电平的工作方式在其直流母线电压和0v电压之间切换，较大的电压变化率dv/dt产生了大量的共模电压噪声，且移相桥的桥臂中点电压之和在移相过程中会有突变，不利于共模电流在拓扑内部相互抵消。并且，目前谐振型双有源桥的工作频率一般在100khz-200khz左右，其开关频率的倍数次谐波刚好在传导骚扰测试的频率范围内，使该谐振型双有源桥dc-dc变换器的emc特性较差，需要很大的共模滤波器进行抑制，并投入很高的成本进行emc整改。

技术实现思路

1、本发明为解决以上技术问题，提供一种谐振型双有源桥dc-dc变换器及其控制方法，以有效地减小双有源桥dc-dc变换器工作时产生的共模电压噪声。

2、本发明采用的技术方案：

3、一种谐振型双有源桥dc-dc变换器，包括第一有源全桥、第二有源全桥、高频隔离变压器、谐振腔和隔直电容，其中，

4、所述第一有源全桥包括第一功率桥臂和第二功率桥臂，所述第一功率桥臂的两端和第二功率桥臂的两端分别连接至第一直流母线的两端，所述第一功率桥臂的桥臂中点经所述谐振腔连接所述高频隔离变压器的第一绕组的第一端，所述高频隔离变压器的第一绕组的第二端连接所述第二功率桥臂的桥臂中点，所述第一功率桥臂的桥臂中点和所述第二功率桥臂的桥臂中点之间还连接有第一续流桥臂；

5、所述第二有源全桥包括第三功率桥臂和第四功率桥臂，所述第三功率桥臂的两端和第四功率桥臂的两端分别连接至第二直流母线的两端，所述第三功率桥臂的桥臂中点经所述隔直电容连接所述高频隔离变压器的第二绕组的第一端，所述高频隔离变压器的第二绕组的第二端连接所述第四功率桥臂的桥臂中点，所述第三功率桥臂的桥臂中点和所述第四功率桥臂的桥臂中点之间还连接有第二续流桥臂；

6、所述第一续流桥臂/第二续流桥臂在进行功率变换时导通，将对应连接的两个功率桥臂的桥臂中点短路。

7、进一步地，

8、所述第一功率桥臂包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管的漏极连接至第一直流母线的第一端，所述第一开关管的源极与第二开关管的漏极连接，所述第二开关管的源极连接至所述第一直流母线的第二端；

9、所述第二功率桥臂包括第三开关管和第四开关管，所述第三开关管的漏极连接至第一直流母线的第一端，所述第三开关管的源极与第四开关管的漏极连接，所述第四开关管的源极连接至所述第一直流母线的第二端；

10、所述第三功率桥臂包括第七开关管和第八开关管，所述第七开关管的漏极连接至第二直流母线的第一端，所述第七开关管的源极与第八开关管的漏极连接，所述第八开关管的源极连接至所述第二直流母线的第二端；

11、所述第四功率桥臂包括第九开关管和第十开关管，所述第九开关管的漏极连接至第二直流母线的第一端，所述第九开关管的源极与第十开关管的漏极连接，所述第十开关管的源极连接至所述第二直流母线的第二端。

12、进一步地，所述谐振腔包括谐振电容和谐振电感，所述谐振电容的第一端连接至第一功率桥臂的桥臂中点，所述谐振电容的第二端连接所述谐振电感的第一端，所述谐振电感的第二端连接至高频隔离变压器的第一绕组的第一端。

13、进一步地，所述谐振电容包括一个电容，或者由多个电容串联/并联组成；所述谐振电感为独立的谐振电感，或者集成在所述高频隔离变压器上。

14、进一步地，

15、所述第一续流桥臂包括第五开关管和第六开关管，所述第五开关管的源极连接至第一功率桥臂的桥臂中点，所述第五开关管的漏极连接至所述第六开关管的漏极，所述第六开关管的源极连接至第二功率桥臂的桥臂中点；

16、所述第二续流桥臂包括第十一开关管和第十二开关管，所述第十一开关管的源极连接至第三功率桥臂的桥臂中点，所述第十一开关管的漏极连接至所述第十二开关管的漏极，所述第十二开关管的源极连接至第四功率桥臂的桥臂中点。

17、进一步地，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管、第十一开关管和第十二开关管均为nmos管。

18、进一步地，所述第一直流母线的两端并联有电容c1，所述第二直流母线的两端并联有电容c2。

19、本发明的另一方面，提供一种谐振型双有源桥dc-dc变换器的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

20、接收功率传输方向指令和电压增益需求指令；

21、当功率传输方向为正向传输且电压增益需求大于等于1时，所述第二续流桥臂工作且所述第一有源全桥的驱动信号超前于所述第二有源全桥的驱动信号；

22、当功率传输方向为正向传输且电压增益需求小于1时，所述第一续流桥臂工作且所述第一有源全桥的驱动信号超前于所述第二有源全桥的驱动信号；

23、当功率传输方向为反向传输且电压增益需求大于等于1时，所述第一续流桥臂工作且所述第一有源全桥的驱动信号滞后于所述第二有源全桥的驱动信号；

24、当功率传输方向为反向传输且电压增益需求小于1时，所述第二续流桥臂工作且所述第一有源全桥的驱动信号滞后于所述第二有源全桥的驱动信号。

25、进一步地，所述控制方法还包括以下步骤：

26、所述第二续流桥臂与所述第二有源全桥配合工作，具体地，工作周期内的第一时间段，所述第七开关管和第十开关管关断且第八开关管和第九开关管导通，所述第十一开关管关断，所述第十二开关管导通；第二时间段，所述第七开关管、第八开关管、第九开关管和第十开关管关断，所述第十一开关管和第十二开关管导通；第三时间段，所述第七开关管和第十开关管导通且第八开关管和第九开关管关断，所述第十一开关管导通，所述第十二开关管关断；第四时间段，所述第七开关管、第八开关管、第九开关管和第十开关管关断，所述第十一开关管和第十二开关管导通；通过控制所述第十一开关管和第十二开关管的导通时间来调节电压增益范围；

27、所述第一续流桥臂与所述第一有源全桥配合工作，具体地，工作周期内的第一时间段，所述第一开关管和第四开关管关断且第二开关管和第三开关管导通，所述第五开关管关断，所述第六开关管导通；第二时间段，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管关断，所述第五开关管和第六开关管导通；第三时间段，所述第一开关管和第四开关管导通且第二开关管和第三开关管关断，所述第五开关管导通，所述第六开关管关断；第四时间段，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管关断，所述第五开关管和第六开关管导通；通过控制所述第五开关管和第六开关管的导通时间来调节电压增益范围。

28、本发明的有益效果：本发明提供的一种谐振型双有源桥dc-dc变换器，通过在第一功率桥臂和第二功率桥臂的桥臂中点之间增加第一续流桥臂，以及在第三功率桥臂和第四功率桥臂的桥臂中点之间增加第二续流桥臂，使得在功率正向流动或者反向流动时，通过控制第一续流桥臂和第二续流桥臂的导通时间和工作时序，可以增大变换器的电压增益调节范围，并且可有效降低共模电压噪声，提升变换器的emc特性。