一种减小电流纹波的DC-DC电源及其控制方法技术

本发明专利技术涉及：一种减小电流纹波的DC

【技术实现步骤摘要】
一种减小电流纹波的DC
‑
DC电源及其控制方法


[0001]本专利技术涉及电力电子功率变换
，具体是指一种减小电流纹波的DC
‑
DC电源及其控制方法。

技术介绍

[0002]21世纪以来，随着全球经济的迅速发展，世界对能源的需求加剧，各种形式的新能源构建了多元化的综合能源系统，在这样的背景下，功率变换和能量传输技术成为重要的技术研究方向。目前DC
‑
DC变换在电池的储能与应用方面有着重要作用，由于DC
‑
DC电源通常使用PWM控制技术，输入或输出电流的纹波是不可避免的，对于储能电池而言，较大的纹波会对其使用造成影响。为解决这一问题，传统的减小纹波的方法有加入滤波电容或者交错并联技术。其中交错并联技术可以将电流均分到各个并联的支路，降低了每个支路的开关管的电流应力，且可以通过电流叠加的方式来减小总的电流纹波，故交错并联技术在DC
‑
DC变换中使用较多。
[0003]传统的交错并联技术一般对N路交错并联采用交错1/N个开关周期的方式进行控制，总电流的纹波相互交错抵消，来达到减小纹波的目的。该控制方法对DC
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DC电源所有的工况均不加区分地采用交错1/N个开关周期的方式输出控制信号，而实际DC
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DC电源的运行受占空比、开关频率、负载功率等因素的影响，在工况发生变化时，降低纹波的效果也会发生变化，在某些工况之下采取交错1/N个开关周期的方式并不能将纹波降到最低。

技术实现思路
<br/>[0004]本专利技术针对传统交错并联技术中固定交错角度导致在变化工况下降低纹波效果不能达到最优的问题进行了改进。提供一种减小电流纹波的DC
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DC电源及其控制方法，对两路交错并联的交错比进行控制，使得在所需要的工况下纹波能比传统交错并联技术降到更低。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案为：一种减小电流纹波的DC
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DC电源，包括输入直流电压源、输入滤波电容、输出滤波电容、第一电感、第二电感、第一功率开关器件、第二功率开关器件、第三功率开关器件、第四功率开关器件；
[0006]所述第一电感、第二电感的输入端与输入直流电压源的正极连接，所述第一功率开关器件的第一端与第一电感的输出端相连，所述第一功率开关器件的第二端与输入直流电压源的负极相连，所述第二功率开关器件的第一端与第一电感L1的输出端相连，第二功率开关器件的第二端与减小电流纹波的DC
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DC电源输出端正极相连，所述第三功率开关器件的第一端与第二电感的输出端相连，所述第三功率开关器件的第二端与输入直流电压源的负极相连，所述第四功率开关器件的第一端与第二电感的输出端相连，所述第四功率开关器件第二端与与减小电流纹波的DC
‑
DC电源输出端正极相连，所述输入滤波电容并联在输入直流电压源两端，所述减小电流纹波的DC
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DC电源的输出端正负极之间还并联有输出滤波电容。
[0007]所述第一功率开关器件、第二功率开关器件、第三功率开关器件、第四功率开关器件选用MOSFET。
[0008]一种减小电流纹波的DC
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DC电源的控制方法，包括以下具体步骤：
[0009]步骤一、进行主电路的参数设计；
[0010]步骤二、进行初始交错角度的计算和设计；
[0011]步骤三、进行初始交错角度的计算和设计；
[0012]进一步的，步骤一中进行主电路的参数设计，包括：
[0013]确定以下参数：输入电压，所需的输出电压，等效电阻，第一电感、第二电感的感量，输入滤波电容的容值，输出滤波电容的容值；
[0014]计算出第一功率开关器件、第二功率开关器件、第三功率开关器件、第四功率开关器件的电压、电流应力，并进行选型。
[0015]进一步的，步骤二中进行初始交错角度的计算和设计包括：
[0016]对两路交错并联BOOST的电路模型进行分析，得出两路电感电流之和；
[0017]对电感电流之和进行分析，求取使得P最小的条件。
[0018]进一步的，所述对两路交错并联BOOST的电路模型进行分析时，先分析其中一路BOOST 电路，假设占空比D大于0.5,i0为一个开关周期开始时的电感电流；
[0019]当第一功率开关器件导通，第二功率开关器件关断时，电感电流的变化率为：
[0020][0021]当第一功率开关器件关断，第二功率开关器件导通时，电感电流的变化率为：
[0022][0023]当第一功率开关器件导通，第二功率开关器件关断时,电感电流的表达式为(0＜t＜DT)：
[0024][0025]当第二功率开关器件导通，第一功率开关器件关断时，电感电流的表达式为(DT≤t＜T)：
[0026][0027]根据交错并联的原理，假设与其并联的另外一路错开的比例为α，对于相位交错而言，α≤0.5，与其并联的另外一路电感电流的表达式为：
[0028][0029][0030][0031]将两路BOOST的电感电流相加，得到输入侧的电流为一个四段的分段函数。
[0032]进一步的，对电感电流之和进行分析时，为了衡量纹波的大小，用电流之和对时间的总积分值减去其偏离直流分量对时间的积分值，下面定义Δi为二者之差，即为纹波的积分大小；
[0033]定义纹波积分的大小占直流分量的总积分值之比例为失真率P:
[0034][0035]应用KKT(Karush
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Kuhn
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Tucker)条件求取使得P最小的条件，变量如下：
[0036]min P(α,D,T,i0)
[0037]其中，另外一路错开的比例为α，D为占空比，T为开关周期，i0为一个开关周期开始时的电感电流。
[0038]进一步的，步骤三中，扰动观察法优化交错角度，包括：
[0039]在控制系统中确定初始化参数；
[0040]进行系统的自检，并开机运行；
[0041]初次上电运行时，以前两步得出的初始交错角度进行控制，并给系统一个初始值其后每经过N个开关周期对交错角度α进行一个小的扰动；
[0042]定义初始扰动方向为正，扰动之后在DSP中计算P的表达式值，对DC
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DC电源进行PI闭环控制；
[0043]若P比扰动之前的值减小，则继续向该方向进行扰动；
[0044]若P比扰动之前的值增大，则更改扰动方向；
[0045]经过若干个开关周期后，系统达到稳态，其输出电流相对直流的失真率值会在最小值附近以某个步长进行波动，在DSP程序的主循环中持续运行，达到了优化的控制效果。
[0046]本专利技术具有如下优点：本专利技术的最直接有益效果是通过优化的控制算法降低了电流的纹波，降低电流纹波所带来的直接效果是用于滤除纹波的滤波电容和滤波电感的参数可以适当减小，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种减小电流纹波的DC
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DC电源，其特征在于：包括输入直流电压源、输入滤波电容、输出滤波电容、第一电感、第二电感、第一功率开关器件、第二功率开关器件、第三功率开关器件、第四功率开关器件；所述第一电感、第二电感的输入端与输入直流电压源的正极连接，所述第一功率开关器件的第一端与第一电感的输出端相连，所述第一功率开关器件的第二端与输入直流电压源的负极相连，所述第二功率开关器件的第一端与第一电感的输出端相连，第二功率开关器件的第二端与减小电流纹波的DC
‑
DC电源输出端正极相连，所述第三功率开关器件的第一端与第二电感的输出端相连，所述第三功率开关器件的第二端与输入直流电压源的负极相连，所述第四功率开关器件的第一端与第二电感的输出端相连，所述第四功率开关器件第二端与减小电流纹波的DC
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DC电源输出端正极相连，所述输入滤波电容并联在输入直流电压源两端，所述减小电流纹波的DC
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DC电源的输出端正负极之间还并联有输出滤波电容。2.根据权利要求1所述的一种减小电流纹波的DC
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DC电源，其特征在于：所述第一功率开关器件、第二功率开关器件、第三功率开关器件、第四功率开关器件选用MOSFET。3.一种如权利要求1或2所述的DC
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DC电源的控制方法，其特征在于：包括以下具体步骤：步骤一、进行主电路的参数设计；步骤二、进行初始交错角度的计算和设计；步骤三、扰动观察法优化交错角度。4.根据权利要求3所述的一种减小电流纹波的DC
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DC电源的控制方法，其特征在于：步骤一中进行主电路的参数设计，包括：确定以下参数：输入电压，所需的输出电压，等效电阻，第一电感、第二电感的感量，输入滤波电容的容值，输出滤波电容的容值；计算出第一功率开关器件、第二功率开关器件、第三功率开关器件、第四功率开关器件的电压、电流应力，并进行选型。5.根据权利要求3所述的一种减小电流纹波的DC
‑
DC电源的控制方法，其特征在于：步骤二中进行初始交错角度的计算和设计包括：对两路交错并联BOOST的电路模型进行分析，得出两路电感电流之和；对电感电流之和进行分析，求取使得P最小的条件。6.根据权利要求5所述的一种减小电流纹波的DC
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DC电源的控制方法，其特征在于：所述对两路...

【专利技术属性】
技术研发人员：程光军，乔振华，宋男威，
申请(专利权)人：苏州日不落能源设备有限公司，
类型：发明
国别省市：