一种宽范围多模式输出的升降压混合电路的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种宽范围多模式输出的升降压混合电路的控制方法，其中的升降压混合电路将输入侧为380VAC的电网电压进行变换，输出可为多模式宽范围的直流电压、直流电流或恒定功率供给后级储能系统；在正常工作状态下，该混合电路有六种工作模式，分别是恒流/限流工作模式、恒功率/限功率工作模式和恒压/限压工作模式。本发明专利技术通过升降压混合电路的直流母线电压、储能系统电压、Buck变换器电感电流等电量信息来实现六种工作模式的快速平滑切换；应用本发明专利技术控制策略，可以降低电压/电流/功率指令突变对半导体器件的应力冲击，增强了宽范围多模式输出的升降压混合电路在不同应用场合中的适应能力。中的适应能力。中的适应能力。

【技术实现步骤摘要】
一种宽范围多模式输出的升降压混合电路的控制方法


[0001]本专利技术属于智能化供电设备控制
，具体涉及一种宽范围多模式输出的升降压混合电路的控制方法。

技术介绍

[0002]随着生产自动化，现代化水平的不断提高，制造业对电能应用提出了更高的要求，越来越多的工业设备运行于直流电供电装置下，如直流电机、超级电容、蓄电池、电焊机等等，这些工业设备要求直流供电装置能够稳定的输出电压、电流以及一定的功率值。现代智能化供电设备的应用场景越来越多，如电机软启动、智能风扇等等，这些智能化供电设备要求对供电电路的控制更加精准以及电路不同工作模式的切换更加平滑；电路工作模式的平滑切换可以减小功率器件的di/dt和du/dt，降低系统间的干扰，提高装置运行可靠性，同时平滑切换可以满足不同负载的应用需求。
[0003]目前业内主流升降压电路的控制方法涉及恒压、恒流和恒功率等多种工作模式，文献[王海超,范学鑫,杨国润,王瑞田,张新生,罗毅飞.超级电容充电三电平双输出直流变换器设计[J].高电压技术,2020,46(09):3268
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3274]提出了一种基于恒流充电的超级电容充电电路及其控制方法，但恒流充电模式在在充电后期存在过压风险，因此文献[雷磊,封阿明,陶正华,郭巍.基于超级电容的宽输入范围DC/DC变换器设计[J].现代电力,2020,37(05):544
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551]在恒流充电后增设了恒压充电模式来确保超级电容电压不超过安全工作范围。文献[孟彦京,张商州,陈景文,段明亮.充电方式对超级电容能量效率的影响[J].电子器件,2014,37(01):13
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16]分析了不同工作模式的充电效率，指出恒流模式充电速率快、恒压模式充电效率低、而恒功率模式介于二者之间，可以将三者结合起来以实现较优的充电过程。文献[李俊.蓄电池快速充电技术研究[D].西南交通大学,2009]中利用三段式方法对铅酸蓄电池进行充电，文献[王栋.无线传感器网络的太阳能电源管理系统研究[D].武汉工程大学,2019]指出在恒流充电转向恒压充电的过程中，存在瞬间大电流冲击，电池极板的应力较大，这会影响电池的使用寿命。此外，锂电池作为热门的电化学储能方式，其主流充电策略也包括多段，具体包括涓流模式、恒流模式、恒压模式等。综上，针对不同类型负载升降压的多模式复合控制方法的研究是很有工程意义的。
[0004]在上述文献中，多种工作模式的复合可以有效提升电路运行性能，但很少有涉及各模式之间平滑切换的可靠性问题；此外，充电电路器件与负载内部的温度和模式指令大小也直接相关。

技术实现思路

[0005]鉴于上述，本专利技术提供了一种宽范围多模式输出的升降压混合电路的控制方法，能够降低电压/电流/功率指令突变对半导体器件的应力冲击，增强升降压混合电路在不同应用场合中的适应能力。
[0006]一种宽范围多模式输出的升降压混合电路的控制方法，所述升降压混合电路包括
升压隔离变压器、三相不控整流桥以及Buck变换器，其中所述升压隔离变压器用于对电网电压进行升压，三相不控整流桥用于将升压后的交流电转换为直流电，Buck变换器用于对直流电进行降压后输出给后级储能系统，该升降压混合电路在输入侧为三相电网电压的情况下，可输出多模式宽范围的直流电压、直流电流或恒定功率；
[0007]所述控制方法包括如下步骤：
[0008]首先，检测三相不控整流桥的直流母线电压，若直流母线电压低于充电所需的电压阈值，则闭锁Buck变换器的PWM信号；若直流母线电压高于充电所需的电压阈值，则进一步检测储能系统的电压；
[0009]然后，根据储能系统电压控制Buck变换器进入相应的工作模式；当工作模式需要进行切换时，需根据当前工作模式和目标工作模式依据相应控制策略进行平滑切换。
[0010]进一步地，所述Buck变换器包含有三种恒定工作模式和三种缓冲工作模式，三种恒定工作模式分别为恒流工作模式、恒功率工作模式以及恒压工作模式，三种缓冲工作模式分别为限流工作模式、限功率工作模式以及限压工作模式；以适用于不同应用场合。
[0011]进一步地，根据储能系统电压控制Buck变换器进入相应工作模式的具体标准如下：
[0012]当0≤储能系统电压＜V
charge1
，则控制Buck变换器进入恒流工作模式或限流工作模式；
[0013]当V
charge1
≤储能系统电压＜V
charge2
，则控制Buck变换器进入恒功率工作模式或限功率工作模式；
[0014]当V
charge2
≤储能系统电压＜V
overvoltage
，则控制Buck变换器进入恒压工作模式或限压工作模式；
[0015]当储能系统电压≥V
overvoltage
，则发出储能系统过压警报并闭锁Buck变换器的PWM信号；
[0016]其中：V
charge1
、V
charge2
和V
overvoltage
均为设定的电压阈值且V
charge1
＜V
charge2
＜V
overvoltage
。
[0017]进一步地，当工作模式需要切换时所采用的控制策略如下：
[0018]限流工作模式、限功率工作模式以及限压工作模式相互之间可直接进行切换；
[0019]恒流工作模式与限流工作模式之间可直接进行切换；
[0020]恒功率工作模式与限功率工作模式之间可直接进行切换；
[0021]恒压工作模式与限压工作模式之间可直接进行切换；
[0022]因此，若当前工作模式为某一种恒定工作模式A，目标工作模式为另一种恒定工作模式情况B，在进行切换时需将当前工作模式先切换至对应的缓冲工作模式a(即恒流切换至限流，恒功率切换至限功率，恒压切换至限压)，然后再将该缓冲工作模式a切换至恒定工作模式B所对应的缓冲工作模式b，最后再将缓冲工作模式b切换至恒定工作模式B下；
[0023]同样，若当前工作模式为恒定工作模式A，目标工作模式为缓冲工作模式c，在进行切换时需将当前工作模式先切换至对应的缓冲工作模式a，然后再将该缓冲工作模式a切换至切换至缓冲工作模式c下；
[0024]反之，若当前工作模式为缓冲工作模式c，目标工作模式为恒定工作模式A，在进行切换时需将当前工作模式切换至恒定工作模式A所对应的缓冲工作模式a，然后再将缓冲工
作模式a切换至恒定工作模式A下。
[0025]进一步地，当Buck变换器处于恒流工作模式、恒功率工作模式、限流工作模式或限功率工作模式下，进一步检测Buck变换器中功率器件的温度，若T
charge1
≤功率器件温度＜T
charge2
，则渐进降低电流指令值或功率指令值，其中T
charge1
和T...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽范围多模式输出的升降压混合电路的控制方法，所述升降压混合电路包括升压隔离变压器、三相不控整流桥以及Buck变换器，其中所述升压隔离变压器用于对电网电压进行升压，三相不控整流桥用于将升压后的交流电转换为直流电，Buck变换器用于对直流电进行降压后输出给后级储能系统，该升降压混合电路在输入侧为三相电网电压的情况下，可输出多模式宽范围的直流电压、直流电流或恒定功率；其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：首先，检测三相不控整流桥的直流母线电压，若直流母线电压低于充电所需的电压阈值，则闭锁Buck变换器的PWM信号；若直流母线电压高于充电所需的电压阈值，则进一步检测储能系统的电压；然后，根据储能系统电压控制Buck变换器进入相应的工作模式；当工作模式需要进行切换时，需根据当前工作模式和目标工作模式依据相应控制策略进行平滑切换。2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述Buck变换器包含有三种恒定工作模式和三种缓冲工作模式，三种恒定工作模式分别为恒流工作模式、恒功率工作模式以及恒压工作模式，三种缓冲工作模式分别为限流工作模式、限功率工作模式以及限压工作模式；以适用于不同应用场合。3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：根据储能系统电压控制Buck变换器进入相应工作模式的具体标准如下：当0≤储能系统电压＜V
charge1
，则控制Buck变换器进入恒流工作模式或限流工作模式；当V
charge1
≤储能系统电压＜V
charge2
，则控制Buck变换器进入恒功率工作模式或限功率工作模式；当V
charge2
≤储能系统电压＜V
overvoltage
，则控制Buck变换器进入恒压工作模式或限压工作模式；当储能系统电压≥V
overvoltage
，则发出储能系统过压警报并闭锁Buck变换器的PWM信号；其中：V
charge1
、V
charge2
和V
overvoltage
均为设定的电压阈值且V
charge1
＜V
charge2
＜V
overvoltage
。4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：当工作模式需要切换时所采用的控制策略如下：限流工作模式、限功率工作模式以及限压工作模式相互之间可直接进行切换；恒流工作模式与限流工作模式之间可...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国柱，王子鸣，李振宇，郭潇，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：