带磁平衡采样的电源变换电路的制作方法

1.本实用新型涉及电源变换电路，尤其涉及一种带磁平衡采样的电源变换电路。

背景技术：

2.随着电源变换电路中双向功率传输需求的增加，目前在车载obc、超级充电桩、光伏系统、储能等应用中，一般采取双向励磁的隔离拓扑架构，但在这种架构中，如果发生磁偏，将会导致开关管的软开关特性改变，变压器励磁电流叠加直流量，不仅导致磁芯损耗增加，可能还会导致变压器饱和，烧毁电路元器件。图1所示为磁失衡时谐振腔电流过流，尖峰电流很大，目前的采样电路的采样频率无法跟踪到短时间内产生的尖峰电流，因此现有的解决方法无法做到环路控制去调节磁失衡问题。
3.因此，设计一种能采集到短时间尖峰电流，实现磁路的平衡，避免饱和的磁平衡采样电路是业界亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

4.为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本实用新型提出一种带磁平衡采样的电源变换电路。
5.本实用新型采用的技术方案是设计一种带磁平衡采样的电源变换电路，包括依次连接的原边转换模块、变压器、副边转换模块，以及处理器，还包括磁平衡采样模块，所述磁平衡采样模块包括电流互感器、第一采样支路、第二采样支路，其中所述电流互感器连接变压器副边绕组，采集变压器副边绕组的输出电流i0；所述第一采样支路采集所述输出电流i0中的正向分量；所述第二采样支路采集所述输出电流i0中的负向分量；所述处理器接收正向分量和负向分量，并据此进出磁平衡调整。
6.所述第一采样支路包括串联的第一信号分离单元和第一准峰值采样单元，所述第一信号分离单元用以分离所述输出电流i0中的正向分量、并将之转化为正向分量电压信号，所述第一准峰值采样单元用以采集正向分量电压信号的峰值、并将之定义为正向电流峰值i1；所述第二采样支路包括串联的第二信号分离单元和第二准峰值采样单元，所述第二信号分离单元用以分离所述输出电流 i0中的负向分量、并将之转化为负向分量电压信号，所述第二准峰值采样单元用以采集负向分量电压信号的峰值、并将之定义为负向电流峰值i2；所述处理器接收正向电流峰值i1和负向电流峰值i2，并据此进出磁平衡调整。
7.所述第一信号分离单元包括第一二极管d1、第二二极管d2、第一电阻r1，所述第一准峰值采样单元包括第一运放器u1、第三二极管d3、第二电阻r2、第一电容c1、第三电阻r3，其中所述第一二极管d1的阳极连接电流互感器副边绕组的头端，第一二极管d1的阴极连接第一电阻r1的一端并连接第一准峰值采样单元，所述第二二极管d2的阴极连接电流互感器副边绕组的尾端，第二二极管d2的阳极连接第一电阻r1的另一端并接地；所述第一运放器u1的同相输入端连接第一二极管d1的阴极，第一运放器u1的输出端连接第三二极管d3 的阳极，第一运放器u1的反相输入端连接第三二极管d3的阴极和第二电阻r2 的一端，第二电
阻r2的另一端连接第一电容c1和第三电阻r3的一端、并连接处理器，第一电容c1和第三电阻r3的另一端接地。
8.所述第二信号分离单元包括第四二极管d4、第五二极管d5、第四电阻r4，所述第二准峰值采样单元包括第二运放器u2、第六二极管d6、第五电阻r5、第二电容c2、第六电阻r6，其中所述第四二极管d4的阳极连接电流互感器副边绕组的尾端，第四二极管d4的阴极连接第四电阻r4的一端并连接第二准峰值采样单元，所述第五二极管d5的阴极连接电流互感器副边绕组的头端，第五二极管d5的阳极连接第四电阻r4的另一端并接地；所述第二运放器u2的同相输入端连接第四二极管d4的阴极，第二运放器u2的输出端连接第六二极管d6 的阳极，第二运放器u2的反相输入端连接第六二极管d6的阴极和第五电阻r5 的一端，第五电阻r5的另一端连接第二电容c2和第六电阻r6的一端、并连接处理器，第二电容c2和第六电阻r6的另一端接地。
9.所述电流互感器副边绕组还连接整流模块102，所述整流模块用以采集所述输出电流i0并将至传输给处理器，处理器根据输出电流i0进行过流保护。
10.所述变压器包括第二副边绕组w2和第五副边绕组w5，所述副边转换模块包括连接第二副边绕组w2的副边高压转换模块、连接第五副边绕组w5的副边低压转换模块，所述磁平衡采样模块连接所述第二副边绕组w2。
11.所述变压器包括第二副边绕组w2和第四副边绕组w4，所述副边转换模块包括连接第二副边绕组w2的副边第一转换模块、连接第四副边绕组w4的副边第二转换模块，副边第一转换模块和副边第二转换模块的输出端并联，所述磁平衡采样模块连接所述第二副边绕组w2。
12.所述整流模块包括连接电流互感器副边绕组的全桥整流单元，和连接全桥整流单元输出端的π型滤波单元，π型滤波单元输出端连接所述处理器。
13.本实用新型提供的技术方案的有益效果是：
14.本实用新型可以用较低的采样频率采集到高频信号的最大值，可以适用于双向谐振变换器不同模式下的电流状况，具有普适性；有效的消除双向谐振变换器两侧磁偏现象，实现磁路的平衡控制，从而避免饱和，取消副边的隔直电容，减少设备体积和成本。
附图说明
15.下面结合实施例和附图对本实用新型进行详细说明，其中：
16.图1是副边转换模块谐振腔电流失衡示意图；
17.图2是本实用新型原理框图；
18.图3是第一和第二采样支路电路图；
19.图4是本实用新型较佳实施例原理框图；
20.图5是整流模块、第一和第二采样支路电路图；
21.图6是实际电流与采样峰值电压波形对照图；
22.图7是本实用新型在只有一个副边转换模块电路上的应用；
23.图8是本实用新型在副边具有高压转换模块和低压转换模块电路上的应用；
24.图9是本实用新型在副边具有第一转换模块和第二转换模块电路上的应用。
具体实施方式
25.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
26.本实用新型的发明点在于：用较低的采样频率采集副边转换模块腔体中高频的电流信号的最大值，并将采集到的最大值传输给处理器，处理器根据这个值进行磁平衡控制。
27.本实用新型公开了一种带磁平衡采样的电源变换电路，其包括依次连接的原边转换模块、变压器、副边转换模块，以及处理器，还包括磁平衡采样模块，所述磁平衡采样模块包括电流互感器101、第一采样支路、第二采样支路，其中所述电流互感器101连接变压器副边绕组，采集变压器副边绕组的输出电流i0；所述第一采样支路采集所述输出电流i0中的正向分量；所述第二采样支路采集所述输出电流i0中的负向分量；所述处理器接收正向分量和负向分量，并据此进出磁平衡调整。
28.需要指出电流互感器是串连在变压器副边绕组的输出线路中的，可以测出副边转换模块腔体中电流，采样支路分离出正向分量和负向分量时，其实电流已经转换成电压信号了。
29.参看图2示出的原理框图，所述第一采样支路包括串联的第一信号分离单元103和第一准峰值采样单元104，所述第一信号分离单元用以分离所述输出电流i0中的正向分量、并将之转化为正向分量电压信号，所述第一准峰值采样单元用以采集正向分量电压信号的峰值、并将之定义为正向电流峰值i1；所述第二采样支路包括串联的第二信号分离单元105和第二准峰值采样单元106，所述第二信号分离单元用以分离所述输出电流i0中的负向分量、并将之转化为负向分量电压信号，所述第二准峰值采样单元用以采集负向分量电压信号的峰值、并将之定义为负向电流峰值i2；所述处理器接收正向电流峰值i1和负向电流峰值i2，并据此进出磁平衡调整。
30.参看图3示出的电路图，所述第一信号分离单元包括第一二极管d1、第二二极管d2、第一电阻r1，所述第一准峰值采样单元包括第一运放器u1、第三二极管d3、第二电阻r2、第一电容c1、第三电阻r3，其中所述第一二极管d1的阳极连接电流互感器副边绕组的头端，第一二极管d1的阴极连接第一电阻r1 的一端并连接第一准峰值采样单元，所述第二二极管d2的阴极连接电流互感器副边绕组的尾端，第二二极管d2的阳极连接第一电阻r1的另一端并接地；所述第一运放器u1的同相输入端连接第一二极管d1的阴极，第一运放器u1的输出端连接第三二极管d3的阳极，第一运放器u1的反相输入端连接第三二极管d3的阴极和第二电阻r2的一端，第二电阻r2的另一端连接第一电容c1和第三电阻r3的一端、并连接处理器，第一电容c1和第三电阻r3的另一端接地。
31.第一信号分离单元的原理是d1和d2组成半波整流，初测出的正向电流在电阻r1上产生电压，电压通过准峰值采样单元，输出端采集到电流的正向电流的峰值。由于被测信号是一个正弦信号，被半波采样分离开之后是一半的馒头波，我们需要知道这个馒头波的最大值；输出端是由r2、c1、r3的组成的冲放电回路，由于电容c1的存在，二极管d3后的电压是采样的峰值，当输入信号值小于上一个馒头波的最大值时，此时运放的同相输入端电压“小于”反向输入端，此时运放输出为负无穷大，当然受到供电的限制，输出为供电的最小值，由于二极管d3的存在，二极管d3此时截止，输出仍然为上一个波的最大值；相反地，当下一个
波的值大于上一个值的最大值时，即为运放的同相输入端“大于”反相输入端，此时运放输出为正无穷大，同样受到供电的限制，输出为供电的上限，此时的二极管d3阳极也就是运放输出端电压大于二极管d3的阴极，二极管d3处于导通状态，输出为新的最大值，电阻r2和c1对峰值进行滤波保持，使输出信号尽量平滑，此时处理器能在采样频率低的情况下采集到高频信号的最大值。电阻r3是起到放电作用，r3电阻取的比r2大十到一百倍，当输入信号比当前保持到的最大值小时，输出信号就会经过r3放电缓慢下降，以期采集到下一个最大值。如图3所示，此采样电路和负相电流最大值采样电路相搭配使用，两个采样信号的差值作为控制的输入来控制变压器的磁平衡，此电路对于采样的准确性没有很高的要求，只要正负采样电路偏离向一边，就不影响最终的需求，重点是两个信号的差值。这个电路的好处是可以用较低的采样频率采集到高频信号的最大值。而且由于运放的输入阻抗为无穷大，后端的滤波电路不会影响到主功率回路的正常工作。
32.参看图3示出的电路图，所述第二信号分离单元包括第四二极管d4、第五二极管d5、第四电阻r4，所述第二准峰值采样单元包括第二运放器u2、第六二极管d6、第五电阻r5、第二电容c2、第六电阻r6，其中所述第四二极管d4的阳极连接电流互感器副边绕组的尾端，第四二极管d4的阴极连接第四电阻r4 的一端并连接第二准峰值采样单元，所述第五二极管d5的阴极连接电流互感器副边绕组的头端，第五二极管d5的阳极连接第四电阻r4的另一端并接地；所述第二运放器u2的同相输入端连接第四二极管d4的阴极，第二运放器u2的输出端连接第六二极管d6的阳极，第二运放器u2的反相输入端连接第六二极管d6的阴极和第五电阻r5的一端，第五电阻r5的另一端连接第二电容c2和第六电阻r6的一端、并连接处理器，第二电容c2和第六电阻r6的另一端接地。
33.第二信号分离单元的工作原理与第一信号分离单元的工作原理相同，不在赘述。相比于传统的峰值采样，本技术把二极管放在跟随器里面，既可以解决二极管压降的问题，又可以避免温度影响的采样误差问题。
34.参看图4示出的较佳实施例原理框图，所述电流互感器副边绕组还连接整流模块102，所述整流模块用以采集所述输出电流i0并将至传输给处理器，处理器根据输出电流i0进行过流保护。在较佳实施例中的具体操作是：当输出电流i0大于最大输出电流峰值imax时，处理器控制原边转换模块和副边转换模块停止工作。所述整流模块(102)包括连接电流互感器副边绕组的全桥整流单元d7、d8、d9、d10，和连接全桥整流单元输出端的π型滤波单元r7、r8、c6，π型滤波单元输出端连接所述处理器。图5示出了整流模块、第一和第二采样支路电路图。整流模块102是作为保护电路存在的，在这里复用了变压器101；用于控制电路正常工作，但是牺牲了一部分的快速性能，不利于快速保护。在控制失控时电流会急速上升，用准峰值采样电路去做保护时间上会不利于快速保护。
35.图6是实际电流与采样峰值电压波形对照图，其中方框标出的是实际电流波形会出现一些电流尖峰的情况，通过上述的采样电路可以用较低的采样频率采集到高频信号的最大值。
36.图7示出的是本实用新型在只有一个副边转换模块电路上的应用，磁平衡采样模块采集w2后端a点的峰值电流(即副边转换模块腔体中电流)，处理器根据采集到峰值电流判断双向谐振变换器的磁偏情况，运用占空比调节控制使得双向谐振变换器达到磁平衡状态。
37.图8示出的是本实用新型在副边具有高压转换模块和低压转换模块电路上的应用，所述变压器包括第二副边绕组w2和第五副边绕组w5，所述副边转换模块包括连接第二副边绕组w2的副边高压转换模块、连接第五副边绕组w5的副边低压转换模块，所述磁平衡采样模块连接所述第二副边绕组w2。
38.图9示出的是本实用新型在副边具有第一转换模块和第二转换模块电路上的应用，所述变压器包括第二副边绕组w2和第四副边绕组w4，所述副边转换模块包括连接第二副边绕组w2的副边第一转换模块、连接第四副边绕组w4的副边第二转换模块，副边第一转换模块和副边第二转换模块的输出端并联，所述磁平衡采样模块连接所述第二副边绕组w2。
39.上述变换电路都可以采用双向变换电路，当变换电路反向工作时，参考变换电路正向工作时的调节原理。
40.在原边转换模块中取消谐振电容，dab(双有源桥)，也可以采用此磁平衡采样电路解决原边磁偏问题。图9中的二极管d1、d2、d3、d4可以换成mos管进行控制，进行控制之后也相应地要考虑磁平衡的问题；同样的，图7、8、9 中的cr可以取消掉，将变成dab电路，对原边和副边都进行磁平衡控制。
41.需要指出，处理器接收正向电流峰值i1和负向电流峰值i2后根据两者的差值判断磁平衡是否偏离，如果磁平衡了就会控制副边转换电路功率开关的发波时刻或占空比，从而实现磁路平衡，但这些不是本专利保护范围。本专利需要解决的技术问题是，用较低的采样频率采集副边转换模块腔体中高频的电流信号的最大值。
42.以上实施例仅为举例说明，非起限制作用。任何未脱离本技术精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本技术的权利要求范围之中。

技术特征：

1.一种带磁平衡采样的电源变换电路，包括依次连接的原边转换模块、变压器、副边转换模块，以及处理器，其特征在于：还包括磁平衡采样模块，所述磁平衡采样模块包括电流互感器(101)、第一采样支路、第二采样支路，其中所述电流互感器(101)连接变压器副边绕组，采集变压器副边绕组的输出电流i0；所述第一采样支路采集所述输出电流i0中的正向分量；所述第二采样支路采集所述输出电流i0中的负向分量；所述处理器接收正向分量和负向分量，并据此进出磁平衡调整。2.如权利要求1所述的带磁平衡采样的电源变换电路，其特征在于：所述第一采样支路包括串联的第一信号分离单元(103)和第一准峰值采样单元(104)，所述第一信号分离单元用以分离所述输出电流i0中的正向分量、并将之转化为正向分量电压信号，所述第一准峰值采样单元用以采集正向分量电压信号的峰值、并将之定义为正向电流峰值i1；所述第二采样支路包括串联的第二信号分离单元(105)和第二准峰值采样单元(106)，所述第二信号分离单元用以分离所述输出电流i0中的负向分量、并将之转化为负向分量电压信号，所述第二准峰值采样单元用以采集负向分量电压信号的峰值、并将之定义为负向电流峰值i2；所述处理器接收正向电流峰值i1和负向电流峰值i2，并据此进出磁平衡调整。3.如权利要求2所述的带磁平衡采样的电源变换电路，其特征在于：所述第一信号分离单元包括第一二极管d1、第二二极管d2、第一电阻r1，所述第一准峰值采样单元包括第一运放器u1、第三二极管d3、第二电阻r2、第一电容c1、第三电阻r3，其中所述第一二极管d1的阳极连接电流互感器副边绕组的头端，第一二极管d1的阴极连接第一电阻r1的一端并连接第一准峰值采样单元，所述第二二极管d2的阴极连接电流互感器副边绕组的尾端，第二二极管d2的阳极连接第一电阻r1的另一端并接地；所述第一运放器u1的同相输入端连接第一二极管d1的阴极，第一运放器u1的输出端连接第三二极管d3的阳极，第一运放器u1的反相输入端连接第三二极管d3的阴极和第二电阻r2的一端，第二电阻r2的另一端连接第一电容c1和第三电阻r3的一端、并连接处理器，第一电容c1和第三电阻r3的另一端接地。4.如权利要求3所述的带磁平衡采样的电源变换电路，其特征在于：所述第二信号分离单元包括第四二极管d4、第五二极管d5、第四电阻r4，所述第二准峰值采样单元包括第二运放器u2、第六二极管d6、第五电阻r5、第二电容c2、第六电阻r6，其中所述第四二极管d4的阳极连接电流互感器副边绕组的尾端，第四二极管d4的阴极连接第四电阻r4的一端并连接第二准峰值采样单元，所述第五二极管d5的阴极连接电流互感器副边绕组的头端，第五二极管d5的阳极连接第四电阻r4的另一端并接地；所述第二运放器u2的同相输入端连接第四二极管d4的阴极，第二运放器u2的输出端连接第六二极管d6的阳极，第二运放器u2的反相输入端连接第六二极管d6的阴极和第五电阻r5的一端，第五电阻r5的另一端连接第二电容c2和第六电阻r6的一端、并连接处理器，第二电容c2和第六电阻r6的另一端接地。5.如权利要求4所述的带磁平衡采样的电源变换电路，其特征在于：所述电流互感器副边绕组还连接整流模块(102)，所述整流模块用以采集所述输出电流i0并将至传输给处理器，处理器根据输出电流i0进行过流保护。
6.如权利要求1所述的带磁平衡采样的电源变换电路，其特征在于：所述变压器包括第二副边绕组w2和第五副边绕组w5，所述副边转换模块包括连接第二副边绕组w2的副边高压转换模块、连接第五副边绕组w5的副边低压转换模块，所述磁平衡采样模块连接所述第二副边绕组w2。7.如权利要求1所述的带磁平衡采样的电源变换电路，其特征在于：所述变压器包括第二副边绕组w2和第四副边绕组w4，所述副边转换模块包括连接第二副边绕组w2的副边第一转换模块、连接第四副边绕组w4的副边第二转换模块，副边第一转换模块和副边第二转换模块的输出端并联，所述磁平衡采样模块连接所述第二副边绕组w2。8.如权利要求5所述的带磁平衡采样的电源变换电路，其特征在于：所述整流模块(102)包括连接电流互感器副边绕组的全桥整流单元(d7、d8、d9、d10)，和连接全桥整流单元输出端的π型滤波单元(r7、r8、c6)，π型滤波单元输出端连接所述处理器。

技术总结

本实用新型公开了带磁平衡采样的电源变换电路，其包括依次连接的原边转换模块、变压器、副边转换模块，以及处理器，还包括磁平衡采样模块，所述磁平衡采样模块包括电流互感器、第一采样支路、第二采样支路，第一或第二采样支路分别采集输出电流I0中的正向分量和负向分量，所述处理器接收正向分量和负向分量，并据此进出磁平衡调整；本实用新型用较低的采样频率采集到高频信号的最大值，可以有效的消除双向谐振变换器两侧磁偏现象，实现磁路的平衡控制，从而避免饱和，取消副边的隔直电容，减少设备体积和成本。设备体积和成本。设备体积和成本。

技术研发人员：

冯颖盈 徐金柱 李旭升

受保护的技术使用者：

深圳威迈斯新能源股份有限公司

技术研发日：

2022.07.08

技术公布日：

2022/12/12