一种高可靠的双有源桥稳态控制方法及变换器技术

本发明专利技术一种高可靠的双有源桥稳态控制方法及变换器，实现高可靠离散闭环控制和DAB上电初期的软启动，控制过程操作简单，稳定性高，安全性好，适用范围广。包括：在本次闭环控制DAB原边开关管的驱动信号上升沿，更新PWM信号的设定值，更新DAB的移相时间为上一次闭环控制计算得到的DAB的移相时间；基于ADC采样采集本次闭环控制DAB的输出电压，根据输出电压和预期输出电压计算获得本次闭环控制的误差信号；基于增量式离散PI算法，根据误差信号计算本次闭环控制DAB的移相时间；实时检测DAB的输入电压，若输入电压不小于阈值，则开启下一次闭环控制，重复上述步骤直至输入电压小于预设输入电压参考值，稳态控制完成。稳态控制完成。稳态控制完成。

【技术实现步骤摘要】
一种高可靠的双有源桥稳态控制方法及变换器


[0001]本专利技术涉及变压器、整流器和电感器制造
，具体为一种高可靠的双有源桥稳态控制方法及变换器。

技术介绍

[0002]电力电子变压器较之于传统变压器具有工作效率高，体积重量轻，输入输出可控等优点，其革命性的技术突破以及由此带来的优势已经引起各领域科研工作者极大的关注。电力电子变压器可对其原、副边电力电子变换器的拓扑结构进行灵活设计进而实现多样性控制，实现对原、副边电压幅值和相位的差异化控制，灵活调节原、副方电压、电流和功率，从而满足各领域不同的应用需求。目前阶段，电力电子变压器涉及的应用领域主要包括：铁路牵引供电系统、配电网、能源互联网等。1991年，R.M.Dedoncker与D.M.Divan在基于软开关技术在直流变换器中的研究成果基础上，提出了以移相控制理论为基础的单相拓扑结构的隔离型双有源桥DC
‑
DC变换器(Dual Active Bridge，DAB)。该变换器实现了输入输出之间的隔离，且可以传递较大功率，装置功率密度高，整体效率高。
[0003]控制方法是DAB的重要研究方向之一。单移相(Simple Phase Shift，SPS)控制是DAB中使用最广泛的控制方式。在SPS控制中，只需要控制移相比，便可以简单地控制功率方向和大小。SPS控制由于其惯性小，动态特性好，易于实现软开关控制等优点而受到越来越多的关注。为了使DAB装置输出满足给定要求，需要对移相时间进行准确控制。
[0004]实现对DAB移相时间的控制在硬件上常使用数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)作为控制器，其相较于模拟信号处理系统其具有可拓展性强、精度高、稳定性好、编程简单同时集成方便等优势；而在控制方法上常使用两种方法，即开环控制与闭环控制。其中开环控制无检测反馈环节，其控制策略简单，但其没有自动修正或补偿的能力，同时系统稳定性差、动态响应能力弱，同时控制精度较低，因此在工业控制中常采用闭环控制，以达到动态响应快、控制精度高、抗扰能力强的特点。但由于DSP的内部计算具有离散化的特征，直接采用传统模拟信号处理系统的连续采样并进行连续PI计算在控制系统中无法实现。而这将导致DAB无法长时间稳定工作。因此研究一种针对于DAB的离散闭环控制方式对DAB的高可靠性运行具有十分重要的意义。
[0005]此外，对于使用闭环控制且工作在高功率应用环境下的DAB而言，如果在初始电压为0V时直接启动闭环控制，则由于输出电压检测值与参考值之间差距过大，会使得启动时原边电源电流过大甚至超过电源电流限制，严重时电路中导线与开关管会因过流而损坏。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种高可靠的双有源桥稳态控制方法及变换器，能够实现对DAB的高可靠离散闭环控制，保证DAB稳态工作的持续稳定运行，同时实现DAB电初期的软启动，控制过程操作简单，稳定性高，安全性好，适用范围广。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种高可靠的双有源桥稳态控制方法，包括如下步骤：
[0009]S1启动闭环控制，在本次闭环控制DAB变换器原边开关管的驱动信号上升沿，通过更新PWM信号的设定值，将DAB变换器的移相时间更新为上一次闭环控制计算得到的DAB变换器的移相时间；
[0010]S2基于ADC采样采集本次闭环控制DAB变换器的输出电压，根据采集的输出电压和预期输出电压计算获得本次闭环控制的误差信号；
[0011]S3基于增量式离散PI算法，根据获得的误差信号计算本次闭环控制DAB变换器的移相时间；
[0012]S4实时检测DAB变换器的输入电压，并根据输入电压判断DAB是否停止运行：
[0013]若输入电压小于阈值，则控制器停止输出PWM信号，DAB变换器停止运行；
[0014]若输入电压不小于阈值，则开启下一次闭环控制，重复S1
‑
S4直至输入电压小于预设输入电压参考值，稳态控制完成。
[0015]优选地，在S1启动闭环控制之前，还包括对闭环控制进行软启动，软启动包括如下步骤：
[0016]实时检测输出电压，并根据输出电压判断是否对DAB变换器的输出电压启动闭环控制：
[0017]若输出电压不大于95％的输出电压参考值，对DAB变换器的输出电压采用开环控制并不断检测输出电压大小；
[0018]若输出电压大于95％的输出电压参考值，软启动完成，启动输出电压的闭环控制进入S1。
[0019]优选地，判断是否对DAB变换器的输出电压启动闭环控制前，还包括：
[0020]实时检测DAB变换器的输入电压并根据输入电压判断是否对DAB变换器的输出电压启动开环控制：
[0021]若输入电压不大于5％的输入电压参考值，不启动开环控制并继续检测输入电压；
[0022]若输入电压大于5％的输入电压参考值，对DAB变换器的输出电压启动开环控制并输出PWM信号，并判断是否对DAB变换器的输出电压启动闭环控制。
[0023]优选地，在对DAB变换器的输出电压采用开环控制时，其输出电压的表达式为：
[0024][0025]其中，n为DAB变压器的原副边匝数比，V
in
为DAB变换器的输入电压，R
out
为负载电阻，f
s
为DAB变换器的工作频率，L为DAB变换器的电感值，D为DAB变换器的移相比。
[0026]优选地，在对DAB变换器的输出电压采用开环控制时，还包括根据输出电压计算开环控制DAB变换器的移相时间，移相时间的表达式为：
[0027][0028]其中，t
d
为开环控制DAB变换器的移相时间，T
hs
表示DAB变换器工作周期的一半。
[0029]优选地，在S3中，本次闭环控制DAB变换器的移相时间的表达式为：
[0030]t
d
(k)＝t
d
(k
‑
1)+Δt
d
(k)＝t
d
(k
‑
1)+K
P
·
Δe(k)+K
I
·
T
sample
·
e(k)；
[0031]其中，t
d
(k)为第k次增量式离散PI计算得到的移相时间，t
d
(k)为第k
‑
1次增量式离散PI计算得到的移相时间，Δt
d
(k)为第k次计算得到的移相时间的增量，K
P
为PI调节中的比例系数，K
I
为PI调节中的积分系数，T
sample
为ADC采样周期，e(k)为第k次计算得到的误差信号，Δe(k)为第k次计算得到的误差信号的增量。
[0032]优选地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高可靠的双有源桥稳态控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1启动闭环控制，在本次闭环控制DAB变换器原边开关管的驱动信号上升沿，通过更新PWM信号的设定值，将DAB变换器的移相时间更新为上一次闭环控制计算得到的DAB变换器的移相时间；S2基于ADC采样采集本次闭环控制DAB变换器的输出电压，根据采集的输出电压和预期输出电压计算获得本次闭环控制的误差信号；S3基于增量式离散PI算法，根据获得的误差信号计算本次闭环控制DAB变换器的移相时间；S4实时检测DAB变换器的输入电压，并根据输入电压判断DAB是否停止运行：若输入电压小于阈值，则控制器停止输出PWM信号，DAB变换器停止运行；若输入电压不小于阈值，则开启下一次闭环控制，重复S1
‑
S4直至输入电压小于预设输入电压参考值，稳态控制完成。2.根据权利要求1所述的一种高可靠的双有源桥稳态控制方法，其特征在于，在S1启动闭环控制之前，还包括对闭环控制进行软启动，软启动包括如下步骤：实时检测输出电压，并根据输出电压判断是否对DAB变换器的输出电压启动闭环控制：若输出电压不大于95％的输出电压参考值，对DAB变换器的输出电压采用开环控制并不断检测输出电压大小；若输出电压大于95％的输出电压参考值，软启动完成，启动输出电压的闭环控制进入S1。3.根据权利要求2所述的一种高可靠的双有源桥稳态控制方法，其特征在于，判断是否对DAB变换器的输出电压启动闭环控制前，还包括：实时检测DAB变换器的输入电压并根据输入电压判断是否对DAB变换器的输出电压启动开环控制：若输入电压不大于5％的输入电压参考值，不启动开环控制并继续检测输入电压；若输入电压大于5％的输入电压参考值，对DAB变换器的输出电压启动开环控制并输出PWM信号，并判断是否对DAB变换器的输出电压启动闭环控制。4.根据权利要求2所述的一种高可靠的双有源桥稳态控制方法，其特征在于，在对DAB变换器的输出电压采用开环控制时，其输出电压的表达式为：其中，n为DAB变压器的原副边匝数比，V
in
为DAB变换器的输入电压，R
out
为负载电阻，f
s
为DAB变换器的工作频率，L为DAB变换器的电感值，D为DAB变换器的移相比。5.根据权利要求4所述的一种高可靠的双有源桥稳态控制方法，其特征在于，在对DAB变换器的输出电压采用开环控制时，还包括根据输出电压计算开环控制DAB变换器的移相时间，移相时间的表达式为：其中，t
d
为开环控制DAB变换器的移相时间，T
hs
表示DAB变换器工作周期的一半。
6.根据权利要求1所述的一种高可靠的双有源桥稳态控制方法，其特征在于，在S3中，本次闭环控制DAB变换器的移相时间的表达式为：t...

【专利技术属性】
技术研发人员：王来利，靳浩源，温浚铎，董晓博，孔航，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：