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专利号: 2017102415915
申请人: 安徽工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种双向DC/DC功率变换器控制电路的控制方法,其特征在于:步骤A、搭建一种双向DC/DC功率变换器控制电路;该控制电路,包括分压检测电路(5)、电压跟随器(6)、A/D转换电路(7)、数字控制器(8)、驱动电路(9)和双向DC/DC功率变换器,分压检测电路(5)并联在双向DC/DC功率变换器的输入\输出电容的两端,分压检测电路(5)、电压跟随器(6)、A/D转换电路(7)、数字控制器(8)、驱动电路(9)和双向DC/DC功率变换器的开关管功率电路(3)开关管栅极依次串联;

所述的双向DC/DC功率变换器为非隔离型双向DC/DC功率变换器,包括依次并联相接的储能单元(1)、低压侧滤波和储能电路(2)、开关管功率电路(3)和高压侧滤波电路(4),所述的输入\输出电容为低压侧滤波和储能电路(2)的低压侧滤波电容或高压侧滤波电路(4);

所述的双向DC/DC功率变换器为双向Buck‑Boost变换器,包括低压侧电压VL、低压侧滤波电容CL、储能电感L、开关管Q1和Q2、续流二极管D1、续流二极管D2和高压侧电容C,所述的储能单元(1)为低压侧电压VL,所述的低压侧滤波和储能电路(2)包括低压侧滤波电容CL和储能电感L,所述的开关管功率电路(3)包括开关管Q1和Q2、续流二极管D1和续流二极管D2,所述的高压侧滤波电路(4)包括高压侧电容C;

所述的分压检测电路(5)包括电阻R1和R2,电阻R1的一端与双向DC/DC功率变换器的高压侧电容C的另一端连接,电阻R1的另一端与电阻R2的一端和电压跟随器(6)连接,电阻R2的另一端与双向DC/DC功率变换器的高压侧电容C的一端共同接地;

所述的驱动电路(9)与双向DC/DC功率变换器的开关管Q1和Q2的栅极连接;

所述的输入\输出电容与微网母线并联;

步骤B、根据输入\输出电容在双向DC/DC功率变换器的电路连接关系,列写出Buck模式和Boost模式下的输入\输出电容电流KCL方程;

步骤C、根据KCL方程画出输入\输出电容的电流波形,进而确定输入\输出电容的电流与0A电流构成的面积,通过几何面积计算方法列出相应的电容电荷充放电平衡方程;

步骤D、计算出双向DC/DC功率变换器的电感电流的上升时间Tup和下降时间Tdown;

步骤E、分压检测电路(5)检测到输入\输出电容两端电压值,经过电压跟随器(6)和A/D转换电路(7)输送给数字控制器(8),数字控制器(8)检测到输入\输出电容两端电压值的过冲量超过给定阈值时,数字控制器(8)将PID控制算法的参数保留,从PID控制模式切换到相应的Buck模式下的CBC控制,执行步骤F;

数字控制器(8)检测到输入\输出电容两端电压值的跌落量超过给定阈值时,数字控制器(8)将PID控制算法的参数保留,从PID控制模式切换到相应的Boost模式下的CBC控制方法,执行步骤G;

步骤F、Buck模式下的CBC控制方法;

步骤G、Boost模式下的CBC控制方法。

2.根据权利要求1所述的一种双向DC/DC功率变换器控制电路的控制方法,其特征在于:步骤F中的Buck模式下的CBC控制方法为:

1)数字控制器(8)输出占空比为100%的DPWM信号至DC/DC功率变换器的开关管功率电路(3)一个开关管栅极,输出占空比为0%的DPWM信号至DC/DC功率变换器的开关管功率电路(3)另一个开关管栅极,数字控制器(8)的计数器开始计数;

2)在T1a时间段内采样两次电感电流值和输入\输出电容两端电压值,计算出输入\输出电容上的电流值;

3)计算电感的电流上升斜率和电流下降斜率,以及新的稳态占空比值和新的稳态下电感电流的纹波值;

4)计算输入\输出电容的充电电荷量A0和由CBC控制结束时电感的电流值iL_end恢复到电感的新稳态电流值iL2_ref所需的时间间隔T3;

5)计算电感L的新稳态电流值和输入\输出电容的充电电荷量A3;

6)计算电感电流的上升时间Tup和下降时间Tdown;

7)计数器计数时间等于时间间隔Tup时,数字控制器(8)输出占空比为0%的DPWM信号至DC/DC功率变换器的开关管功率电路(3)一个开关管栅极,输出给另一个开关管栅极的占空比保持为0%,计数器继续计数;

8)计数器计数时间等于时间间隔Tup+Tdown时,数字控制器(8)重置PID控制算法的参数和占空比,重新切换回PID控制模式;

步骤G中的Boost模式下的CBC控制方法为:

1)数字控制器(8)输出占空比为0%的DPWM信号至DC/DC功率变换器的开关管功率电路(3)一个开关管栅极,输出占空比为100%的DPWM信号至DC/DC功率变换器的开关管功率电路(3)另一个开关管栅极,数字控制器(8)的计数器开始计数;

2)在T1a时间段内采样两次电感电流值和输入\输出电容两端电压值,计算出输入\输出电容上的电流值;

3)计算电感的电流上升斜率和电流下降斜率,以及新的稳态占空比值和新的稳态下电感电流的纹波值;

4)计算输入\输出电容的充电电荷量A0和由CBC控制结束时电感的电流值iL_end恢复到电感L的新稳态电流值iL2_ref所需的时间间隔T3;

5)计算电感的新稳态电流值和输入\输出电容的充电电荷量A3;

6)计算电感电流的上升时间Tup和下降时间Tdown;

7)计数器计数时间等于时间间隔Tup时,数字控制器(8)输出占空比为0%的DPWM信号至DC/DC功率变换器的开关管功率电路(3)另一个开关管栅极,输出给一个开关管栅极的占空比保持为0%,计数器继续计数;

8)计数器计数时间等于时间间隔Tup+Tdown时,数字控制器(8)重置PID控制算法的参数和占空比,重新切换回PID控制模式。

3.根据权利要求2所述的一种双向DC/DC功率变换器控制电路的控制方法,其特征在于,所述的双向DC/DC功率变换器为双向Buck‑Boost变换器,所述的输入\输出电容为高压侧电容C。

4.根据权利要求3所述的一种双向DC/DC功率变换器控制电路的控制方法,其特征在于,所述双向Buck‑Boost变换器控制电路的Buck模式下的CBC控制方法为:

1)所述数字控制器(8)输出占空比为100%的DPWM信号至开关管Q1,输出占空比为0%的DPWM信号至开关管Q2,数字控制器(8)的计数器开始计数;

2)在T1a时间段内采样两次储能电感L电流值iL1、iLa(在储能电感L的任意一侧串联一个采样电阻,阻值根据电感电流峰值和差分运放的工作电压范围来决定,将电流信号转换成电压信号,再通过并联在采样电阻两侧的差分运放来采集这个电压信号)和高压侧电压值uH1、uHa,根据如下公式计算新的稳态下高压侧电流值iH2:其中T1a为两次采样的时间间隔,iL1、iLa为在t1和ta时刻采样的电感电流值,uH1、uHa为在t1和ta时刻采样的高压侧电压值,C为高压侧电容值,Res为电容C的串联等效电阻值;

3)按照如下关系式分别计算储能电感L的电流上升斜率m1和电流下降斜率m2,以及新的稳态占空比值Dnew和新的稳态下电感电流的纹波值iL_ripple:其中uH和uL分别为高压侧和低压侧的电压值,L为储能电感L的电感值,TS为功率变换器的开关周期值;

4)按照如下关系式分别计算电容C的充电电荷量A0和时间间隔T3:Ao=C[uH1‑VH_ref+(iL1‑iH2)Res]     (1‑4)其中VH_ref为高压侧电压的稳态值;

5)按照如下关系式分别计算储能电感L的新稳态值iL2_ref、t3时刻的电感电流值iL2、电感电流偏差值α和电容C的放电电荷量A3:

6)按照如下关系式分别计算中间变量值β和γ:

γ=(m1+m2)iH2‑m2iL1     (1‑8)

7)按照如下关系式分别计算储能电感L电流的上升时间Tup和下降时间Tdown:

8)计数器计数时间等于储能电感L电流的上升时间Tup时,数字控制器(8)输出占空比为

0%的DPWM信号至开关管Q1,输出给开关管Q2的占空比保持为0%,计数器继续计数;

9)计数器计数时间等于储能电感L电流的上升和下降时间之和Tup+Tdown时,重置PID控制算法的参数和占空比,重新切换回PID控制模式;

同理,Boost模式下的CBC控制方法为:

10)所述数字控制器(8)输出占空比为100%的DPWM信号至开关管Q2,输出占空比为0%的DPWM信号至开关管Q1,数字控制器(8)的计数器开始计数;

11)在T1a时间段内采样两次储能电感L电流值iL1、iLa和高压侧电压值uH1、uHa,根据如下公式计算新的稳态下高压侧电流值iH2:其中T1a为两次采样的时间间隔,uH1、uHa为在t1和ta时刻采样的高压侧电压值,C为高压侧电容值;

12)按照如下关系式分别计算储能电感L的电流上升斜率m1和电流下降斜率m2,以及新的稳态占空比值Dnew和新的稳态下电感电流的纹波值iL_ripple:其中uH和uL分别为高压侧和低压侧的电压值,L为储能电感L的电感值,TS为功率变换器的开关周期值;

13)按照如下关系式分别计算电容C的放电电荷量A0和时间间隔T3:Ao=C[VH_ref‑uH1+(iL1‑iH2)Res]    (1‑15)其中VH_ref为高压侧电压的稳态值,Res为电容C的串联等效电阻值;

14)按照如下关系式分别计算储能电感L的新稳态值iL2_ref、t3时刻的电感电流值iL2、电感电流偏差值α和电容C的放电电荷量A3:A3=iH2T3     (1‑18)

15)按照如下关系式分别计算中间变量值β和γ:

γ=(m1+m2)iH2‑m1iL2     (1‑19)

16)按照如下关系式分别计算储能电感L电流的上升时间Tup和下降时间Tdown:

17)计数器计数时间等于储能电感L电流的上升时间Tup时,数字控制器(8)输出占空比为0%的DPWM信号至开关管Q2,输出给开关管Q1的占空比保持为0%,继续计数;

18)计数器计数时间等于储能电感L电流的上升和下降时间之和Tup+Tdown时,暂态结束,回到稳态过程,控制器重置PID控制算法的参数和占空比,重新切换回PID控制模式。