本发明专利技术公开了一种非隔离双向DC-DC变换器控制方法，采用由外部电压环和内部电流环构成的双闭环控制结构对其单端电压进行控制，且内部电流环采用电流反馈控制方式或电流复合控制方式，电流反馈控制输出与电流前馈控制输出之和为内部电流环的控制输出。本发明专利技术不但可以实现非隔离双向DC-DC变换器在降压模式和升压模式下的统一控制，而且通过采用复合控制方式还可以有效提高电压环和/或电流环的响应速度，改善非隔离双向DC-DC变换器的性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电カ电子变换器领域，尤其是涉及ー种非隔离双向DC-DC变换器的控制方法。
技术介绍
双向DC-DC (直流-直流)变换器实质上是指具备双向传输能量的ー类DC-DC变换器，在功能上相当于两个单向DC-DC变换器，其输入输出电压极性不变、输入输出电流方向可以改变。双向DC-DC变换器主要应用于需要双向能量流动的应用场合，如电池充电器、不间断电源(UPS)、电动汽车、光伏发电、风カ发电、燃料电池以及基于储能装置的电梯节能等。在这些场合中应用双向DC-DC变换器可以有效降低系统的体积、重量和成本；这使得双向DC-DC变换器，尤其是非隔离的双向DC-DC变换器成为近年来DC-DC变换器的研究热点。如中国技术专利说明书CN201341090Y，中国专利技术专利说明书CN100463272C，美国专利申请说明书 US2010/0164446A1、US2009/0051337A1,日本公开特许公报 P2010-206883A、P2007-97252A, P2010-220309A 以及下述文献等I)实现变换器的两段式软启动方法[中国电机工程学报，2008年，28 (36) =28-32,杨孟雄，阮新波，金科]。2) 一种独立光伏发电系统双向变换器的控制策略[电エ技术学报,2008年，23(1) :97_103，廖志凌，阮新波]。3)双向DC-DC变换器的控制模型[中国电机工程学报，2005年，25(11) :46_49，张方华，朱成花，严仰光]。4)基于工程设计法的双向直流变换装置的设计[电カ电子技术，2010年，44 (9)83-85，张敬南，姚绪梁，张强，罗耀华]。目前，非隔离双向DC-DC变换器主要有两种方式一是单ー电压闭环反馈控制方式，ニ是电压电流双闭环控制方式。单ー电压闭环反馈控制方式结构简单、调节方便，但由于开环传递函数仅有ー个零点，导致其响应速度较慢，因此只能应用在对动态性能要求不高的场合。电压电流双闭环控制方式在单ー电压闭环反馈控制方式的基础上增加了ー个内部电流反馈控制环，在一定程度上加快了非隔离双向DC-DC变换器的响应速度，改善了其动态性能。电压电流双闭环控制方式的工作过程一般为当非隔离双向DC-DC变换器因其负载功率或电流发生变化或其它干扰而使其被控端的实际电压发生变化时，电压误差随之产生，电压闭环反馈控制器则根据电压误差生成新的不同于上ー时刻的电流指令值，因而导致电流误差的产生，电流反馈控制器根据电流误差进行调节，最終实现电流实际值对其指令值的跟踪。对于上述电压电流双闭环控制方式而言，由于其电压和电流环均采用了反馈控制方式，因此只有当电压误差和电流误差产生时才会对控制输出进行调节，因此当非隔离双向DC-DC变换器的负载功率或电流发生突变、时，其被控电压和被控电流会出现较大波动，显然普通的电压电流双闭环控制方式不适用于负载变化剧烈且控制精度要求高的场合。因此，提出一种在负载的功率或电流变化非常剧烈时，仍能实现满意控制精度的非隔离双向DC-DC变换器控制方法，就成为ー个有待解决的课题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种非隔离双向DC-DC变换器控制方法，使其即使在负载的功率或电流剧烈变化时仍能实现满意的控制精度。为解决上述技术问题，本专利技术的非隔离双向DC-DC变换器控制方法采用的技术方案是采用由外部电压环和内部电流环构成的双闭环控制结构对其单端电压进行控制，且内部电流环采用电流反馈控制方式或电流复合控制方式，电流反馈控制输出与电流前馈控制输出之和为内部电流环的控制输出。所述电流反馈控制方式，即根据电流指令值和电流实际值之差对电流进行控制，并生成期望电压或期望占空比作为内部电流环输出。 所述内部电流前馈控制方式，其输出为在由非隔离双向DC-DC变换器和其负载组成的电路中，维持电流指令值确定的电流所需的期望电压，或在由非隔离双向DC-DC变换器和其负载组成的电路中，維持所述电流指令值确定的电流所需的非隔离双向DC-DC变换器中开关元件的期望占空比。根据所述期望占空比采用PWM方式对非隔离双向DC-DC变换器的开关元件进行开通与关断控制。本专利技术可以达到的有益技术效果是I)无需辨识非隔离双向DC-DC变换器的工作模式，即可实现其在降压模式和升压模式下的统ー控制。2)通过采用由反馈控制和前馈控制构成的复合控制方式，可有效提高电压环和/或电流环的响应速度，改善非隔离双向DC-DC变换器的控制精度。本专利技术提出的非隔离双向DC-DC变换器控制方法不但适用于非隔离双向DC-DC变换器高压侧和低压侧的单端电压控制，而且经适当处理(由后续“具体实施方式”可知此处的适当处理主要是去除电压控制环)后还可应用于非隔离双向DC-DC变换器的高压侧和低压侧的单端电流控制。附图说明下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进ー步详细的说明图I是本专利技术中非隔离双向DC-DC变换器的结构示意图；图2是本专利技术实施例I中的非隔离双向DC-DC变换器应用系统构成示意图；图3是本专利技术实施例I中电压电流双闭环控制的一种实现方式框图；图4是图3中的电流前馈控制器的结构框图。具体实施例方式图I所示为本专利技术提出的非隔离双向DC-DC变换器控制方法所适用的非隔离双向DC-DC变换器。该非隔离双向DC-DC变换器主要包括功率开关G1,G2以及和其反并联的ニ极管DpD2,电抗器L及其电阻も，滤波电容器C1X215图中功率开关GpG2所示为理想开关，具体实施中可以是IGBT (绝缘栅双极型晶体管)、MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管)等类型的功率开关。Vh和V1分别代表双向DC-DC变换器的高压侧电压和低压侧电压，且有vh> V1成立。实施例I如图2所示，在本实施例中，非隔离双向DC-DC变换器的高压侧与一直流负载相连，或者还包含有一直流电源，低压侧与ー储能装置相连。此处，直流负载可以是能耗性直流负载，也可以是再生性直流负载，如DC/AC (直流/交流)逆变器与电机的组合；直流电源泛指任何在功能上可等效为直流电源的装置，可以是真实的直流电源，也可以是具有直流电源性质的其它替代物，如三相商用电源与AC/DC (交流/直流)整流器的组合；储能装置为蓄电池、超级电容等可进行充放电的装置。为分析方便，在后续分析中将储能装置统ー建模为ー电容CES，并将其端电压表示为VK。当然，非隔离双向DC-DC变换器的低压侧还可以接电抗器、电阻、电容、直流电源中的ー项或多项组合；电抗器和电阻可以直接与电抗器L和电阻も合并；电容和直流电源仍表示为CES，同样可将其端电压表示为VES。另外，此处的直流负载与储能装置是相对的，二者互換位置不影响非隔离双向DC-DC变换器的控制方法。·此时的控制目标是将非隔离双向DC-DC变换器高压侧电压Vh保持在其指令值Vhref0为此，非隔离双向DC-DC变换器采取如图3所示的电压电流双闭环控制方式，其工作原理如下电压环电压环由图3中虚线框所示的电压反馈和电压前馈两部分构成。其中，电压反馈部分首先非隔离双向DC-DC变换器高压侧的电压指令值Vtorf与其实测值Vh经减法器减法运算后得到电压误差evh，然后该电压误差evh被送入一电压反馈控制器得到I1 ；电压前馈部分负载功率与电压实测值\经除法器除法运算后得本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种非隔离双向DC-DC变换器控制方法，其特征在干采用由外部电压环和内部电流环构成的双闭环控制结构对其单端电压进行控制，且内部电流环采用电流反馈控制方式或电流复合控制方式，电流反馈控制输出与电流前馈控制输出之和为内部电流环的控制输出。2.根据权利要求I所述的控制方法，其特征在于所述外部电压环采用电压反馈控制方式，或者采用电压复合控制方式，且电压反馈控制输出与电压前馈控制输出之和作为所述内部电流环的电流指令值。3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于所述电压反馈控制方式，即根据非隔离双向DC-DC变换器的被控端电压实际值及其參考值对非隔离双向DC-DC变换器的被控端电压进行控制，并生成电压反馈控制输出。4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于所述电压前馈控制方式，即根据非隔离双向DC-DC变换器的负载电流或功率对非隔离双向DC-DC变换器的被控端电压进行控制，并生成电压前馈控制输出，其中所述负载电流或功率通过对负载进行直接检测来获取，或是由与负载相关的信息通过计算来间接得到。5.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述外部电压环生成的电流指令值在经包括插值、滤波和限幅中的一种或多种预处理后作为所述内部电流环的最终电流指令值。6.根据权利要求I所述的控制方法，其特征在于所述电流反馈控制方式，即根据电流指令值和电流实际值之差对电流进行控制，并生成期望电压或期望占空比作为内部电流环输出。7.根据权利要求I所述的控制方法，其特征在于所述电流前馈控制方式，其输出为...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈玉东，何晓光，
申请(专利权)人：上海三菱电梯有限公司，
类型：发明
国别省市：
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