双向直流变换器拓扑结构及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种双向直流变换器拓扑结构及其控制方法，拓扑结构包括N个功率模块，功率模块包括谐振网络和依次连接的输入端、第一桥式变换器、高频变压器、第二桥式变换器和输出端；所述谐振网络设置在所述第一桥式变换器和所述高频变压器之间、设置在所述高频变压器和所述第二桥式变换器之间或者在所述高频变压器的前后侧均有设置，通过配置各个功率模块的控制信号的触发时间，可有效降低双向直流变换器输入输出端电压电流纹波；通过配置各个功率模块的开关周期，实现双向直流变换器在宽负载范围内的准谐振变换，从而有效提高双向直流变换器输入输出与效率特性，在宽广范围内取得了极高的效率。了极高的效率。了极高的效率。

【技术实现步骤摘要】
双向直流变换器拓扑结构及其控制方法


[0001]本专利技术涉及电力电子变换
，特别涉及一种双向直流变换器拓扑结构及其控制方法。

技术介绍

[0002]双向直流变换器可以实现能量在两个直流电源之间的双向流动，是储能、电池充放电、直流配电等应用的核心技术。随着可再生能源、电动汽车、直流输电在电力领域日益广泛的使用，高效高性能双向直流变换器的需求日益增加，具有广泛的市场前景。
[0003]目前国内外双向直流变换器主要有两种类型：(1)非隔离型直流变换器，如Buck
‑
Boost变换器，广泛用于电池充放电系统，但其较低的增益和非隔离特性限制了变换器的使用范围；(2)隔离型直流变换器，如双向有源桥式电路(DAB)，通过高频变压器实现高增益变换与电气隔离，得到广泛关注，但是负载变化时较低的效率与较大的电流纹波，对直流电源带来较大损伤。国内外双向直流变换器存在较大效率低、纹波大等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种双向直流变换器拓扑结构及其控制方法，能够有效降低输入输出端电压电流纹波，通过实现双向变换器在宽负载范围内的准谐振变换，可有效提高宽负载范围内的效率。
[0005]根据本专利技术第一方面实施例提供的一种双向直流变换器拓扑结构，包括：
[0006]N个功率模块，N个所述功率模块的输入端串联输出端串联、输入端串联输出端并联、输入端并联输出端串联或者输入端并联输出端并联，所述功率模块包括谐振网络和依次连接的输入端、第一桥式变换器、高频变压器、第二桥式变换器和输出端；所述谐振网络设置在所述第一桥式变换器和所述高频变压器之间、设置在所述高频变压器和所述第二桥式变换器之间或者在所述高频变压器的前后侧均有设置；
[0007]控制电路，分别连接N个所述功率模块，用于输出驱动信号控制N个所述功率模块，每个所述功率模块的驱动信号的开关周期和占空比一致，各个所述功率模块的驱动信号的触发时间相差N分之一的开关周期。
[0008]根据本专利技术的一些实施例，所述控制电路包括采样调理模块、锁相模块、闭环控制模块、驱动模块和保护模块，所述采样调理模块用于测量所述输入端、所述输出端和所述谐振网络的电流，所述锁相模块用于调整驱动信号的开关周期，所述闭环控制模块用于输出控制信号给所述驱动模块，所述保护模块用于输出保护信号给所述驱动模块，所述驱动模块用于根据开关周期、控制信号和保护信号生成驱动信号，所述的采样调理模块分别连接所述锁相模块、所述闭环控制模块和所述保护模块，所述锁相模块、所述闭环控制模块和所述保护模块分别连接所述驱动模块。
[0009]根据本专利技术的一些实施例，所述谐振网络由谐振电容和谐振电感串联组成或者由谐振电容组成。
[0010]根据本专利技术的一些实施例，所述第一桥式变换器为单相全桥电路，包括作为上桥臂的第一开关管、第三开关管和作为下桥臂的第二开关管、第四开关管；所述第二桥式变换器为单相半桥电路，包括作为上桥臂的第五开关管和作为下桥臂的第六开关管。
[0011]根据本专利技术的一些实施例，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管为Mosfet、Sic、GaN或者IGBT全控型器件。
[0012]根据本专利技术第二方面实施例提供的一种应用于上述第一方面实施例所述的双向直流变换器拓扑结构的控制方法，包括以下控制操作：
[0013]所述采样调理模块执行：
[0014]对所述谐振网络的初始电流值i
sr
进行滤波，得到谐振滤波电流值i
r
；
[0015]对所述输出端的初始电流值i
so
进行滤波，得到输出滤波电流值i
o
；
[0016]对所述输入端的初始电流值i
si
进行滤波，得到输入滤波电流值i
i
；
[0017]将所述输出滤波电流值i
o
送至所述闭环控制模块，将所述谐振滤波电流值i
r
送至所述锁相模块，将所述谐振滤波电流值i
r
、输出滤波电流值i
o
和输入滤波电流值i
i
送至所述保护模块；
[0018]所述锁相模块执行：
[0019]当所述第一开关管的驱动信号由低变成高时，检测所述谐振滤波电流值i
r
的大小：若i
r
≤0，则增加开关周期；若i
r
＞i
rmin
，则减少开关周期；若0<i
r
<i
rmin
，则保持开关周期不变；
[0020]将开关周期T
s
送入所述驱动模块；
[0021]当电能从所述输入端向所述输出端流动时，所述闭环控制模块执行：
[0022]计算输出电压误差其中为对应所述输出滤波电流值i
o
的输出电流设定值；
[0023]计算调制电压u
f
＝1+K
p
e
i
+K
i
(∫e
i
dt+C)，其中K
p
和K
i
分别为输出电流比例系数和输出电流几份系数，t为时间，C为积分常数，其值为上一次计算时的积分值，第一次计算时C＝0；
[0024]限制所述调制电压u
f
的输出值：若u
f
≤0，则u
f
＝0；若u
f
≥1，则u
f
＝1；
[0025]生成控制信号D：将所述调制电压u
f
与周期为10倍所述开关周期T
s
、幅值为1的锯齿波信号相比较，当所述调制电压u
f
大于所述锯齿波信号瞬时值时，控制信号D为高，当所述调制电压u
f
小于所述锯齿波信号瞬时值时，控制信号D为低；
[0026]将所述控制信号D送至所述驱动模块；
[0027]当电能从所述输入端向所述输出端流动时，所述驱动模块执行：
[0028]产生幅值为定值的直流电平信号u
rdc
；
[0029]生成驱动信号：
[0030]当所述控制信号D为高，所述保护信号P为低时，将所述直流电平信号u
rdc
与周期为开关周期T
s
、幅值为1的锯齿波信号相比较，若直流电平信号u
rdc
较大，输出第一开关管和第四开关管的驱动信号；若直流电平信号u
rdc
较小，输出第二开关管和第三开关管的驱动信号；
[0031]当所述控制信号D为低时，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管的驱动信号均为低；
[0032]当所述保护信号P为高时，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双向直流变换器拓扑结构，其特征在于，包括：N个功率模块，N个所述功率模块的输入端串联输出端串联、输入端串联输出端并联、输入端并联输出端串联或者输入端并联输出端并联，所述功率模块包括谐振网络和依次连接的输入端、第一桥式变换器、高频变压器、第二桥式变换器和输出端；所述谐振网络设置在所述第一桥式变换器和所述高频变压器之间、设置在所述高频变压器和所述第二桥式变换器之间或者在所述高频变压器的前后侧均有设置，所述谐振网络由谐振电容和谐振电感串联组成或者由谐振电容组成；控制电路，分别连接N个所述功率模块，用于输出驱动信号控制N个所述功率模块，每个所述功率模块的驱动信号的开关周期和占空比一致，各个所述功率模块的驱动信号的触发时间相差N分之一的开关周期，所述控制电路包括采样调理模块、锁相模块、闭环控制模块、驱动模块和保护模块，所述采样调理模块用于测量所述输入端、所述输出端和所述谐振网络的电流，所述锁相模块用于调整驱动信号的开关周期，所述闭环控制模块用于输出控制信号给所述驱动模块，所述保护模块用于输出保护信号给所述驱动模块，所述驱动模块用于根据开关周期、控制信号和保护信号生成驱动信号，所述采样调理模块分别连接所述锁相模块、所述闭环控制模块和所述保护模块，所述锁相模块、所述闭环控制模块和所述保护模块分别连接所述驱动模块。2.根据权利要求1所述的一种双向直流变换器拓扑结构，其特征在于，所述第一桥式变换器为单相全桥电路，包括作为上桥臂的第一开关管、第三开关管和作为下桥臂的第二开关管、第四开关管；所述第二桥式变换器为单相半桥电路，包括作为上桥臂的第五开关管和作为下桥臂的第六开关管。3.根据权利要求2所述的一种双向直流变换器拓扑结构，其特征在于，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管为Mosfet、Sic、GaN或者IGBT全控型器件。4.一种应用于权利要求2所述的双向直流变换器拓扑结构的控制方法，其特征在于，包括以下控制操作：所述采样调理模块执行：v
o
对所述谐振网络的初始电流值i
sr
进行滤波，得到谐振滤波电流值i
r
；对所述输出端的初始电流值i
so
进行滤波，得到输出滤波电流值i
o
；对所述输入端的初始电流值i
si
进行滤波，得到输入滤波电流值i
i
；将所述输出滤波电流值i
o
送至所述闭环控制模块，将所述谐振滤波电流值i
r
送至所述锁相模块，将所述谐振滤波电流值i
r
、输出滤波电流值i
o
和输入滤波电流值i
i
送至所述保护模块；所述锁相模块执行：当所述第一开关管的驱动信号由低变成高时，检测所述谐振滤波电流值i
r
的大小：若i
r
≤0，则增加开关周期；若i
r
＞i
rmin
，则减少开关周期；若0<i
r
<i
rmin
，则保持开关周期不变；将开关周期T
s
送入所述驱动模块；当电能从所述输入端向所述输出端流动时，所述闭环控制模块执行：计算输出电压误差其中为对应所述输出滤波电流值i
o
的输出电流设定值；计算调制电压u
f
＝1+K
p
e
i
+K
i
(∫e
i
dt+C)，其中K
p
和K
i
分别为输出电流比例系数和输出电
流几份系数，t为时间，C为积分常数，其值为上一次计算时的积分值，第一次计算时C＝0；限制所述调制电压u
f
的输出值：若u
f
≤0，则u
f
＝0；若u
f
≥1，则u
f
＝1；生成控制信号D：将所述调制电压u
f
与周期为10倍所述开...

【专利技术属性】
技术研发人员：许德伟，方支剑，李楚杉，
申请(专利权)人：珠海云充科技有限公司，
类型：发明
国别省市：