移相全桥型DC/DC变换器的控制电路

摘要

本发明公开了一种移相全桥型DC/DC变换器的控制电路，包括一微处理器；微处理器用于输出PWM信号到移相全桥型DC/DC变换器的全桥逆变电路中的各开关管的控制端；所述PWM信号，在一个抖动周期内，频率按三角波或者正弦波正半周规律变化。本发明的移相全桥型DC/DC变换器的控制电路，能在不增加成本的条件下提高DC/DC变换器的电磁兼容性能。

说明书

技术领域

本发明及电动(纯电动、混合动力)车的DC/DC变换器，特别涉及一种移相全桥型 DC/DC变换器的控制电路。

背景技术

DC/DC(直流/直流)变换器是电动(纯电动、混合动力)车的重要部件，其电磁辐射 (EMI)性能对整车电磁兼容(EMC)影响结果极大。DC/DC变换器实质上都是通过PWM(脉 冲宽度调制)信号对开关管控制来实现电压变换，在其开关过程中，伴随着很高的电压 电流变换率，高的电压电流变换率导致能量的泄露，这些是DC/DC变换器产生电磁辐射 (EMI)的主要来源。基于此，为满足法规对整车EMC性能的要求，在设计过程中，需 要将DC/DC变换器的电磁辐射控制在一定范围之内。

为实现上述目的，传统的做法是通过滤波、屏蔽、良好的元件和印刷线路板(PCB) 布局来解决DC/DC变换器的EMC问题，但这些都是从电磁能量传导途径的方式来解决EMC 问题的，在实际中应用有一定的限制。

移相全桥型DC/DC变换器拓扑结构如图1所示，其包括全桥逆变电路、变压器、整 流电路、检测电路及滤波电路。所述全桥逆变电路包括四个开关管(如MOSFET)，开关 管是连接高压电源和变压器原边的主要元件，通过PWM(脉冲宽度调制)信号控制开关 管，将高压直流转换为高频脉冲；所述变压器，实现高频脉冲的传输和幅值的转换；所 述整流电路，包括两个低压开关管(如MOSFET)，将对称的正负高频脉冲的整流；所述 检测电路，包括电压传感器、电流互感器及信号调理电路，检测电路是构成闭环控制的 关键；所述滤波电路，为LC滤波电路，将直流脉冲转换为直流电压输出。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种移相全桥型DC/DC变换器的控制电路，能在不 增加成本的条件下提高DC/DC变换器的电磁兼容性能。

为解决上述技术问题，本发明提供的移相全桥型DC/DC变换器的控制电路，包括一 微处理器；所述微处理器，用于输出PWM信号到移相全桥型DC/DC变换器的全桥逆变电 路中的各开关管的控制端；

所述PWM信号，在一个抖动周期内，频率按三角波或者正弦波正半周规律变化。

较佳的，移相全桥型DC/DC变换器的控制电路，还包括一PWM驱动电路；

微处理器输出的PWM信号，经所述PWM驱动电路进行幅值的放大后再输出到移相全 桥型DC/DC变换器的全桥逆变电路中的各开关管的控制端。

较佳的，所述抖动周期，在0.2ms到20ms之间。

较佳的，所述PWM信号，在一个抖动周期内的频率变化幅度在正负20%之间。

较佳的，所述微处理器，包括直接存储读取模块、定时器模块、CAN通信模块、PWM 寄存器、PWM模块、运算模块；

所述CAN通信模块，用于进行CAN通信；

所述PWM寄存器，用于存储当前PWM信号的频率及占空比；

所述PWM模块，根据所述PWM寄存器中存储的当前PWM信号的频率及占空比，输出 PWM信号到移相全桥型DC/DC变换器的全桥逆变电路中的各开关管的控制端；

所述直接存储读取模块，用于控制将所述运算模块计算输出的PWM信号的频率直接 更新到所述PWM寄存器；

所述定时器模块，用于计时；

所述运算模块，根据所述CAN通信模块接收到的频率抖动配置命令，配置抖动周期、 抖动方式、频率变化幅度，并根据配置的抖动周期、抖动方式、频率变化幅度，计算输 出每一抖动周期内的各个PWM信号的频率；

所述运算模块计算输出每一抖动周期内的各个PWM信号的频率的工作过程如下：

一.根据配置的抖动周期、抖动方式、频率变化幅度，计算输出一个抖动周期的第 一个PWM信号的频率，并控制所述定时器模块开始计时；

二.根据配置的抖动周期、抖动方式、频率变化幅度，计算输出下一个PWM信号的 频率；

三.如果所述定时器模块的计时长度达到一个抖动周期，则控制所述定时器模块恢 复初值，进行步骤一；如果未达到，则进行步骤二。

较佳的，所述抖动方式，为三角波规律或者正弦波正半周规律。

本发明的移相全桥型DC/DC变换器的控制电路，微处理器输出到移相全桥型DC/DC 变换器的全桥逆变电路中的各开关管的控制端的PWM信号，在一个抖动周期内，PWM信 号频率按三角波或者正弦波正半周规律变化，即全桥逆变电路的开关管频率在每个抖动 周期内按三角波或者正弦波变化。本发明的移相全桥型DC/DC变换器的控制电路，从降 低干扰源产生的干扰能量出发，针对DC/DC变换器，借用通信中用到的频率调制技术将 DC/DC变换器的能量分散至不同的频带中以降低DC/DC变换器的电磁干扰能量，使用开 关频率抖动的系统控制方法，将移相全桥型DC/DC变换器的电磁辐射(EMI)值扩散至一 定频带内，来降低DC/DC变换器的电磁辐射(EMI)，频率抖动的系统控制可以通过在微 处理器内设定的软件算法提供，不增加硬件元件成本与硬件复杂性，同时采用软件算法 可以实现复杂的频率抖动规律，实现对特定频谱的幅值扩散功能，降低新能源车DC/DC 变换器的EMI幅值，能在不增加成本的条件下提高DC/DC变换器的电磁兼容(EMC)性能， 满足法规对DC/DC变换器的电磁兼容(EMC)要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对本发明所需要使用的附图作简单的介 绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术 人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是移相全桥型DC/DC变换器拓扑结构；

图2是本发明的移相全桥型DC/DC变换器的控制电路一实施例电路图；

图3是开关管频率抖动原理图；

图4是固定频率和变化频率信号及其频谱；

图5是运算模块计算输出每一抖动周期内的各个PWM信号的频率的工作过程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的 实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领 域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发 明保护的范围。

实施例一

移相全桥型DC/DC变换器的控制电路，如图2所示，包括一微处理器(MCU)；

所述微处理器，用于输出PWM信号到移相全桥型DC/DC变换器的全桥逆变电路中的 各开关管的控制端；

所述PWM信号，在一个抖动周期内，频率按三角波或者正弦波正半周规律变化。

较佳的，移相全桥型DC/DC变换器的控制电路，还包括一PWM驱动电路；微处理器 输出的PWM信号，经所述PWM驱动电路进行幅值的放大后再输出到移相全桥型DC/DC变 换器的全桥逆变电路中的各开关管的控制端，以控制各开关管实现可靠的导通与关闭。

较佳的，所述抖动周期，在0.2ms到20ms之间。

较佳的，所述PWM信号在一个抖动周期内频率变化幅度在正负20%之间。

根据Parseval定理，只要保证信号时域能量不变，则频域的能量是守恒的，这也意 味着如果扩展开关频率及其谐波频率处的频带，则必然降低扩展后的分量分值，PWM信 号频率的抖动范围按如下方式计算并结合实验来确定：

以正弦载波为例，对调频波的频谱进行分析：

设载波信号满足如下表达式：

u_c(t)＝U_cmcos(w_ct+φ₀)

其中w_c为载波角频率，也即是调频波的中心频率。调频时瞬时角频率的变化量与调 制波u_Ω(t)成正比，即Δw_c(t)＝k_fu_Ω(t)，则调频波瞬时角频率为w(t)＝w_c+k_fu_Ω(t)，式 中k_f称为调制灵敏度，由此可得总的瞬时相位：

$\phi \left(t\right)={\int }_0^{t}w\left(t\right)\mathrm{dt}+{\phi }_0=w_{c}t+k_f{\int }_0^t{u}_{\Omega }\left(t\right)\mathrm{dt}+{\phi }_0$

由上可得调频波的一般表达式为：

$u_{\mathrm{fm}}\left(t\right)=U_{\mathrm{cm}}\cos \left(\right[w_{c}t+k_f{\int }_0^t{u}_{\Omega }\left(t\right)\mathrm{dt}+{\phi }_0\left]\right)$

若调制波u_Ω(t)满足u_Ω(t)＝U_mcos(w_Ωt)，代入调频波的表达式可得正弦调频波的表 达式：

U_fm(t)＝U_cmJ₀(m_f)cos(w_ct)+U_cmJ₁(m_f)[cos(w_c+Ω)t-cos(w_c-Ω)t]

+U_cmJ₁(m_f)[cos(w_c+2Ω)t-cos(w_c-2Ω)t]+.......

其中m_f称为调制指数，m_f＝max(Δw_c)/w_Ω，即载波频率的最大偏移量除以调制波 频率。J_n(m_f)为贝塞尔函数。

由调频波的幅频公式知其由基频和各次旁频信号构成，调频波基波和各次旁频信号 的幅值与调制指数m_f相关，不同的调制指数时，基频和各个旁频的幅值都是不同的。 利用这一特点将功率元件动作过程产生的电压和电流的频谱扩散到各自的谐波边频范 围内以获得较低的频谱包络幅度，降低了电磁干扰的电平。对于PWM信号对其做傅里叶 展开即可得到在各个频率下的正弦展开式，按照上述理论分析方法结合正交实验即可确 定合适的调制指数m_f。

实施例一的移相全桥型DC/DC变换器的控制电路，微处理器输出到移相全桥型DC/DC 变换器的全桥逆变电路中的各开关管的控制端的PWM信号，在一个抖动周期内，PWM信 号频率按三角波或者正弦波正半周规律变化，从而使得开关管频率抖动符合图3所示的 数学规律，即全桥逆变电路的开关管频率在每个抖动周期内按三角波或者正弦波变化， 其频谱规律如图4所示。实施例一的移相全桥型DC/DC变换器的控制电路，从降低干扰 源产生的干扰能量出发，针对DC/DC变换器，借用通信中用到的频率调制技术将DC/DC 变换器的能量分散至不同的频带中以降低DC/DC变换器的电磁干扰能量，使用开关频率 抖动的系统控制方法，将移相全桥型DC/DC变换器的电磁辐射(EMI)值扩散至一定频 带内，来降低DC/DC变换器的电磁辐射(EMI)，频率抖动的系统控制可以通过在微处理 器内设定的软件算法提供，不增加硬件元件成本与硬件复杂性，同时采用软件算法可以 实现复杂的频率抖动规律，实现对特定频谱的幅值扩散功能，降低新能源车DC/DC变换 器的EMI幅值，能在不增加成本的条件下提高DC/DC变换器的电磁兼容(EMC)性能，满 足法规对DC/DC变换器的电磁兼容(EMC)要求。

实施例二

基于实施例一的移相全桥型DC/DC变换器的控制电路，如图2所示，所述微处理器 (MCU)，包括直接存储读取模块(DMA)、定时器模块(Timer)、CAN通信模块、PWM 寄存器、PWM模块、运算模块；

所述CAN通信模块，用于进行CAN(Controller Area Network，即控制器局域网) 通信；

所述PWM寄存器，用于存储当前PWM信号的频率及占空比；占空比可以由微处理器 根据移相全桥型DC/DC变换器的检测电路得到的输出电压、输入电流计算得到；

所述直接存储读取模块(DMA)，用于控制将所述运算模块计算输出的PWM信号的频 率直接更新到所述PWM寄存器；

所述PWM模块，根据所述PWM寄存器中存储的当前PWM信号的频率及占空比，输出 PWM信号到移相全桥型DC/DC变换器的全桥逆变电路中的各开关管的控制端；

所述定时器模块(Timer)，用于计时；

所述运算模块，根据所述CAN通信模块接收到的频率抖动配置命令，配置抖动周期、 抖动方式、频率变化幅度，并根据配置的抖动周期、抖动方式、频率变化幅度，计算输 出每一抖动周期内的各个PWM信号的频率；

如图5所示，所述运算模块计算输出每一抖动周期内的各个PWM信号的频率的工作 过程如下：

一.根据配置的抖动周期、抖动方式、频率变化幅度，计算输出一个抖动周期的第 一个PWM信号的频率，并控制所述定时器模块开始计时；

二.根据配置的抖动周期、抖动方式、频率变化幅度，计算输出下一个PWM信号的 频率；

三.如果所述定时器模块的计时长度达到一个抖动周期，则控制所述定时器模块恢 复初值，进行步骤一；如果未达到，则进行步骤二。

较佳的，抖动方式为三角波规律或者正弦波正半周规律。

实施例二的移相全桥型DC/DC变换器的控制电路，利用微处理器(MCU)中的直接存 储读取模块(DMA)、定时器模块(Timer)、CAN通信模块、PWM模块、PWM寄存器、运 算模块，来实现频率抖动控制算法，在未增加硬件电路成本的基础上，利用微处理器 (MCU)，设计相关的算法，实现控制DC/DC变换器的全桥逆变电路中的各开关管PWM 信号在一个抖动周期内按照一定抖动方式(三角波规律或者正弦波正半周规律)、一定 频率变化幅度的抖动，将开关管产生的EMI噪声能量扩散至较宽频带，避免了特定频率 点EMI噪声能量过高，提高了DC/DC变换器的EMC性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神 和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。