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专利号: 2020111886257
申请人: 西南交通大学
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:

1.一种双有源桥DC‑DC变换器的离散扩展移相控制方法,所述双有源桥DC‑DC变换器包括变压器、以及分别连接在所述变压器原边和副边的原边H桥和副边H桥,所述原边H桥和副边H桥为全桥结构共包括X个开关管,X为正整数;

其特征在于,所述双有源桥DC‑DC变换器的控制方法用于控制所述X个开关管,包括如下步骤:

步骤一、在每个开关周期的起始时刻采样所述双有源桥DC‑DC变换器的输出电压值Uo;

步骤二、产生m组离散移相控制脉冲组,m为大于2的偶数,具体方法为:

2.1、进行初始化,设置所述双有源桥DC‑DC变换器的输出电压参考值Uref、输出电压误差基准值eref和采样周期Ts;从所述原边H桥或副边H桥的开关管中选择一个开关管作为标准开关管并设置所述标准开关管的控制信号;

2.2、将所述双有源桥DC‑DC变换器的输出电压分为m级,各级输出电压边界为Uref±jeref, 则输出电压第1级满足 其对应输出功率的标幺值为po_1;输出电压第2级满足 其对应输出功率的标幺值为po_2;……;输出电压第m级满足 其对应输出功率的标幺值为po_m;

2.3、设置m级输出电压对应输出功率的标幺值满足0≤po_m≤po_m‑1≤...≤po_1≤1;并且设置m级输出电压各自对应的所述双有源桥DC‑DC变换器的原边内移相比和原边副边间的外移相比,其中第i级输出电压对应的所述双有源桥DC‑DC变换器的原边内移相比为D1_i,第i级输出电压对应的所述双有源桥DC‑DC变换器的原边副边间的外移相比D2_i,i∈[1,m],D1_i和D2_i满足以下条件:

0≤D1_i≤D2_i≤1;

2.4、获取m组离散移相控制脉冲组P1至Pm,其中获取第i级输出电压对应的离散移相控制脉冲组Pi的方法为:

将所述标准开关管的控制信号根据第i级输出电压对应的D1_i和D2_i进行移相获得其余X‑1个开关管的控制信号,并将此时的所述标准开关管的控制信号和其余X‑1个开关管的控制信号共同组成第i级输出电压对应的离散移相控制脉冲组Pi;

步骤三、判断所述步骤一采样获得的Uo属于m级输出电压中的哪一级,若所述步骤一获得的Uo属于m级输出电压中的第i级,则选择离散移相控制脉冲组Pi作为有效控制信号组控制所述双有源桥DC‑DC变换器的X个开关管。

2.根据权利要求1所述的双有源桥DC‑DC变换器的离散扩展移相控制方法,其特征在于,所述原边H桥和副边H桥都包括两个桥臂,每个桥臂包括一个上开关管和一个下开关管,X为8;

所述步骤2.3中进行回流功率优化控制,设置m级输出电压对应输出功率的标幺值满足pomin≤po_m≤po_m‑1≤...≤po_m/2+1≤p≤po_m/2...≤po_1≤1;

2

其中p为所述双有源桥DC‑DC变换器期望输出功率的标幺值,p=Uref/R/PN,R为所述双有源桥DC‑DC变换器的负载电阻值, Uin、Uo分别为所述双有源桥DC‑DC变换器的输入电压值和输出电压值,n为所述变压器的原副边匝数比,fs为所述双有源桥DC‑DC变换器的开关频率,L为所述双有源桥DC‑DC变换器的辅助电感值;

pomin为所述双有源桥DC‑DC变换器最小输出功率的标幺值,通过下式计算得到pomin:po(D1=0)分别是所述双有源桥DC‑DC变换器的原边内移相比为 0时所述双有源桥DC‑DC变换器输出功率的标幺值,k=Uin/nUo为电压转换比;

设置第i级输出电压对应所述双有源桥DC‑DC变换器的原边内移相比D1_i和原边副边间的外移相比D2_i满足以下条件:

pomax为临界输出功率的标幺值,

3.根据权利要求2所述的双有源桥DC‑DC变换器的离散扩展移相控制方法,其特征在于,选择所述原边H桥第一桥臂的上开关管作为所述标准开关管;

将所述原边H桥第一桥臂的上开关管的控制信号vp1移相D1_iTs/2得到所述原边H桥第二桥臂的下开关管的控制信号vp4,将所述原边H桥第一桥臂的上开关管的控制信号vp1移相D2_iTs/2得到所述副边H桥第一桥臂的上开关管的控制信号vp5和所述副边H桥第二桥臂的下开关管的控制信号vp8,将vp1、vp4、vp5、vp8分别移相Ts/2得到所述原边H桥第一桥臂的下开关管的控制信号vp2、所述原边H桥第二桥臂的上开关管的控制信号vp3、所述副边H桥第一桥臂的下开关管的控制信号vp6、所述副边H桥第二桥臂的上开关管的控制信号vp7,此时的vp1、vp2、vp3、vp4、vp5、vp6、vp7、vp8共同组成所述离散移相控制脉冲组Pi。

4.根据权利要求3所述的双有源桥DC‑DC变换器的离散扩展移相控制方法,其特征在于,所述原边H桥第一桥臂的上开关管的控制信号vp1为占空比是50%的方波信号。

5.一种双有源桥DC‑DC变换器的离散扩展移相控制装置,所述双有源桥DC‑DC变换器包括变压器、以及分别连接在所述变压器原边和副边的原边H桥和副边H桥,所述原边H桥和副边H桥为全桥结构共包括X个开关管,X为正整数;

其特征在于,所述双有源桥DC‑DC变换器的离散扩展移相控制装置包括电压采样模块、离散移相控制脉冲组选择器、离散移相控制脉冲组产生器、移相比产生器和驱动模块,所述电压采样模块用于在每个开关周期的起始时刻采样所述双有源桥DC‑DC变换器的输出电压值Uo并输出给所述离散移相控制脉冲组选择器;

所述离散移相控制脉冲组选择器用于判断所述电压采样模块采样得到的所述双有源桥DC‑DC变换器的输出电压值Uo属于m级输出电压中的哪一级,其中m为大于2的偶数,各级输出电压边界为Uref±jeref, 则输出电压第1级满足其 对 应 输出 功 率 的 标 幺 值为 p o _ 1 ;输 出电 压 第 2 级 满 足其对应输出功率的标幺值为po_2;……;输出电压第m级满足 其对应输出功率的标幺值为po_m;

所述移相比产生器用于设置m级输出电压对应输出功率的标幺值满足0≤po_m≤po_m‑1≤...≤po_1≤1,并产生m级输出电压各自对应的所述双有源桥DC‑DC变换器的原边内移相比D1_1至D1_m和原边副边间的外移相比D2_1至D2_m输出至所述离散移相控制脉冲组产生器中,其中第i级输出电压对应的所述双有源桥DC‑DC变换器的原边内移相比为D1_i,第i级输出电压对应的所述双有源桥DC‑DC变换器的原边副边间的外移相比D2_i,i∈[1,m],D1_i和D2_i满足以下条件:

0≤D1_i≤D2_i≤1;

所述离散移相控制脉冲组产生器用于从所述X个开关管中选择一个开关管作为标准开关管,并根据所述移相比产生器输出的m级输出电压各自对应的所述双有源桥DC‑DC变换器的原边内移相比和原边副边间的外移相比对所述标准开关管的控制信号进行移相获得m组离散移相控制脉冲组P1至Pm,其中获取第i级输出电压对应的离散移相控制脉冲组Pi的方式为:将所述标准开关管的控制信号根据第i级输出电压对应的D1_i和D2_i进行移相获得其余X‑1个开关管的控制信号,并将此时的所述标准开关管的控制信号和其余X‑1个开关管的控制信号共同组成第i级输出电压对应的离散移相控制脉冲组Pi;

所述离散移相控制脉冲组选择器获取所述离散移相控制脉冲组产生器输出的m组离散移相控制脉冲组P1至Pm,并根据对所述双有源桥DC‑DC变换器的输出电压值Uo的判断结果从m组离散移相控制脉冲组P1至Pm中选择对应的一组输出给所述驱动模块,当所述离散移相控制脉冲组选择器判断所述电压采样模块采样得到的所述双有源桥DC‑DC变换器的输出电压值Uo属于m级输出电压中的第i级时,将第i级输出电压对应的离散移相控制脉冲组Pi输出;

所述驱动模块根据所述离散移相控制脉冲组选择器输出的一组离散移相控制脉冲组信号产生控制所述X个开关管的栅极驱动信号,用于控制所述双有源桥DC‑DC变换器的X个开关管。

6.根据权利要求5所述的双有源桥DC‑DC变换器的离散扩展移相控制装置,其特征在于,所述原边H桥和副边H桥都包括两个桥臂,每个桥臂包括一个上开关管和一个下开关管,X为8;所述原边H桥中第一桥臂的上开关管和下开关管的连接点通过所述双有源桥DC‑DC变换器的辅助电感后连接所述变压器原边绕组的同名端,所述原边H桥中第二桥臂的上开关管和下开关管的连接点连接所述变压器原边绕组的异名端;所述副边H桥中第一桥臂的上开关管和下开关管的连接点连接所述变压器副边绕组的同名端,所述副边H桥中第二桥臂的上开关管和下开关管的连接点连接所述变压器副边绕组的异名端;

所述移相比产生器还包括回流功率优化控制模块,所述回流功率优化控制模块设置m级输出电压对应输出功率的标幺值满足pomin≤po_m≤po_m‑1≤...≤po_m/2+1≤p≤po_m/2...≤2

po_1≤1,其中p为所述双有源桥DC‑DC变换器期望输出功率的标幺值,p=Uref/R/PN,R为所述双有源桥DC‑DC变换器的负载电阻值, Uin、Uo分别为所述双有源桥DC‑DC变换器的输入电压值和输出电压值,n为所述变压器的原副边匝数比,fs为所述双有源桥DC‑DC变换器的开关频率,L为所述双有源桥DC‑DC变换器的辅助电感值;

pomin为所述双有源桥DC‑DC变换器最小输出功率的标幺值,通过下式计算得到pomin:po(D1=0)分别是所述双有源桥DC‑DC变换器的原边内移相比为 0时所述双有源桥DC‑DC变换器输出功率的标幺值,k=Uin/nUo为电压转换比;

所述回流功率优化控制模块还设置第i级输出电压对应所述双有源桥DC‑DC变换器的原边内移相比D1_i和原边副边间的外移相比D2_i满足以下条件:pomax为临界输出功率的标幺值,

7.根据权利要求6所述的双有源桥DC‑DC变换器的离散扩展移相控制装置,其特征在于,所述离散移相控制脉冲组产生器选择所述原边H桥第一桥臂的上开关管作为所述标准开关管,并将所述原边H桥第一桥臂的上开关管的控制信号vp1移相D1_iTs/2得到所述原边H桥第二桥臂的下开关管的控制信号vp4,将所述原边H桥第一桥臂的上开关管的控制信号vp1移相D2_iTs/2得到所述副边H桥第一桥臂的上开关管的控制信号vp5和所述副边H桥第二桥臂的下开关管的控制信号vp8,将vp1、vp4、vp5、vp8分别移相Ts/2得到所述原边H桥第一桥臂的下开关管的控制信号vp2、所述原边H桥第二桥臂的上开关管的控制信号vp3、所述副边H桥第一桥臂的下开关管的控制信号vp6、所述副边H桥第二桥臂的上开关管的控制信号vp7,此时的vp1、vp2、vp3、vp4、vp5、vp6、vp7、vp8共同组成所述离散移相控制脉冲组Pi。