一种去中心化的并联DC-DC变换器交错控制方法技术

本发明专利技术提出一种去中心化的并联DC

【技术实现步骤摘要】
一种去中心化的并联DC
‑
DC变换器交错控制方法


[0001]本专利技术涉及变换器交错控制的
，更具体地，涉及一种去中心化的并联DC
‑‑
DC变换器交错控制方法。

技术介绍

[0002]模块化是目前电源发展的一个重要趋势。随着电源技术发展，开关电源模块化已经可以实现。近年来，电源模块正在朝着高功率密度、高效率和高电流低电压方向发展。
[0003]变换器也有采用模块化，并联连接是模块化变换器连接到一起的一种常见的连接方式，多个并联变换器并联输出为负载供电的系统，通常被称为多相变换器系统。许多应用采用了并联连接的DC
‑
DC变换器作为供电系统，例如计算机系统、光伏系统、直流微网、电动汽车、电池储能系统、电动车充电桩等。
[0004]在电动车充电桩的应用中，通常使用输出并联的AC
‑
DC变换器提高电流输出能力。针对采用了脉宽调制(PWM)控制的开关电源，输出纹波是不可避免的，多个变换器在并联连接后，各自产生的纹波将会叠加。如果不进行相位控制，各变换器的相位将是不确定的，叠加产生的纹波通常会大于变换器单独运行时的纹波。另外，即使各变换器设置了相同的开关频率，因器件生产过程存在误差，各变换器的开关频率也存在差异，这将导致各变换器间的相对相位不断改变，总线电压出现不稳定的现象。因此，在多相变换器系统中，需要通过交错控制，使各相产生的纹波相互抵消，起到减少输出纹波的作用。
[0005]实现交错控制，需要控制各相PWM的相对时间，这一任务存在一定挑战性。例如，当变换器数量较多时，使用单一控制器的多相电源系统将面临模数转换(ADC)通道数、PWM通道数、算力紧张的问题。这一问题可以通过分布式的控制结构缓解，即每一变换器均使用独立的控制器，但各控制器之间需要架设通信线，不仅增加成本，也限制了变换器数目的进一步提升。目前有很多中心化的交错控制方案，但是这些方案使用统一的控制器控制所有通道，不利于通道数的进一步增加和通道的模块化，现有技术中公开了一种用于DC
‑
DC变换器并联电源系统的交错控制方案，该方案即采用分布式控制，参与并联的每个DC
‑
DC模块都有自己的控制电路，该方案能够实现系统的并联交错运行,并且当系统中参与并联的模块数目发生变化时,能够进行自动调整,使得系统在新的并联模块数目下重新达到交错运行状态,从而实现自动交错。相对于通常的交错控制方案,该方案最大的特点是无需交错线,系统中各模块之间仅通过输出端与负载相连,此外无其他任何连接线,因此能够真正实现模块化,提高了系统的灵活性，无交错线的实现也避免了系统因交错线而引入的运行风险,提高了系统运行可靠性度。但该方案需要额外的高频信号检测通道，且容易受其它高频噪声干扰。此外还有使用通信线的交错控制方案，这种方案使用了去中心化的通信协议，使得变换器系统没有单点故障，但通信线增加了额外的开销，通信线带宽也进一步限制了变换器数目的增加。

技术实现思路

[0006]为解决现有并联DC
‑
DC变换器交错控制方式中各DC
‑
DC变换器模块间需要互相通信，无法独立运行，且容易受额外的高频噪声干扰的问题，本专利技术提出了一种去中心化的并联DC
‑
DC变换器交错控制方法，各变换器模块无需通信线，电源配置的灵活性高，且不存在单点故障，能自适应调整相位，使得载波处于交错状态，从而降低总线纹波。
[0007]为了达到上述技术效果，本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种去中心化的并联DC
‑
DC变换器交错控制方法，并联的DC
‑
DC变换器的每一端均连接直流总线，所述方法包括：
[0009]S1.在每一个DC
‑
DC变换器的每个开关周期中，以设定周期占比的采样间隔采样直流总线电压纹波信号；
[0010]S2.计算直流电压纹波信号中一、二、三次谐波的相位和幅值；
[0011]S3.对直流总线电压纹波信号进行反相处理，对应将S2中得到的各次谐波的相位进行反相；
[0012]S4.将反相后的各次谐波的幅值加权平均，将每一个DC
‑
DC变换器的PWM信号的相位与反相后的总线纹波各次谐波的相位作差，并求得相位作差后的加权误差值；
[0013]S5.以加权误差值为基础，进行PID控制，并调整PID控制的执行量，令DC
‑
DC变换器本地相位趋于总线电压纹波相位的反相；
[0014]S6.根据调整后的PID控制的执行量，以开关中心频率为标准，调整每一个DC
‑
DC变换器的开关频率，以实现交错控制相位调整。
[0015]优选地，在步骤S1中，设采样间隔为F，开关周期为T，则满足：
[0016]F＝ρ*T
[0017]其中，ρ为采样间隔的周期占比；在采样间隔F下，每个周期可以取得1/ρ个采样点，设开关频率为f
sw
，则采样周期为：
[0018]f
sample
＝1/ρ
×
f
sw
[0019]若开关周期发生变化，采样间隔均保持ρ的周期占比。
[0020]优选地，在步骤S1以设定周期占比的采样间隔采样直流总线电压纹波信号前，采用低通滤波器去除DC
‑
DC变换器输出电压中的直流分量，滤除高频分量，低通滤波器的截止频率大于直流总线电压纹波的三次谐波对应的频率，以确保对直流总线电压纹波信号中一、二、三次纹波的准确采集。
[0021]优选地，在步骤S2中，对于直流电压纹波信号中的第n个采样点x(n)，利用离散傅里叶变换，计算每一种谐波的相位和幅值，计算公式为：
[0022][0023]其中，N表示直流电压纹波信号中采样点的数目，X(n)表示傅里叶变换后的电压纹波信号，是复数，包括了第n次谐波的幅值和相位，n＝0，1，
…
，N
‑
1；基于奈奎斯特定理，需要采集n次谐波时，N的取值至少为2
×
n，一、二、三次谐波至少需要6个采样点，即f
sample
＞6f
sw
，利用快速傅里叶变换改进离散傅里叶变换的计算过程，采样点数目为2
k
，其中，k为任意正
整数。
[0024]在以上技术方案中，快速傅里叶变换需要对直流总线电压纹波进行过采样，需要采集第n次谐波时，需要在一个周期内进行2
n
次采样，考虑的谐波次数越大，需要的采样率越高，增加了硬件的要求，因此，电压纹波三次以上的谐波幅值较小，可以忽略。
[0025]优选地，在步骤S3中，对应将S2中得到的各次谐波的相位和幅值也进行反相时，第n次谐波反相的傅里叶变换的结果为：
[0026]X
′
(n)＝
‑
X(n)
[0027]记第i次本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种去中心化的并联DC
‑
DC变换器交错控制方法，其特征在于，并联的DC
‑
DC变换器的每一端均连接直流总线，所述方法包括：S1.在每一个DC
‑
DC变换器的每个开关周期中，以设定周期占比的采样间隔采样直流总线电压纹波信号；S2.计算直流电压纹波信号中一、二、三次谐波的相位和幅值；S3.对直流总线电压纹波信号进行反相处理，对应将S2中得到的各次谐波的相位进行反相；S4.将反相后的各次谐波的幅值加权平均，将每一个DC
‑
DC变换器的PWM信号的相位与反相后的总线纹波各次谐波的相位作差，并求得相位作差后的加权误差值；S5.以加权误差值为基础，进行PID控制，并调整PID控制的执行量，令DC
‑
DC变换器本地相位趋于总线电压纹波相位的反相；S6.根据调整后的PID控制的执行量，以开关中心频率为标准，调整每一个DC
‑
DC变换器的开关频率，以实现交错控制相位调整。2.根据权利要求1所述的去中心化的并联DC
‑
DC变换器交错控制方法，其特征在于，在步骤S1中，设采样间隔为F，开关周期为T，则满足:F＝ρ*T其中，ρ为采样间隔的周期占比；在采样间隔F下，每个周期可以取得1/ρ个采样点，设开关频率为f
sw
，则采样周期为：f
sample
＝1/ρ
×
f
sw
若开关周期发生变化，采样间隔均保持ρ的周期占比。3.根据权利要求2所述的去中心化的并联DC
‑
DC变换器交错控制方法，其特征在于，在步骤S1以设定周期占比的采样间隔采样直流总线电压纹波信号前，采用低通滤波器去除DC
‑
DC变换器输出电压中的直流分量，滤除高频分量，低通滤波器的截止频率大于直流总线电压纹波的三次谐波对应的频率。4.根据权利要求2所述的去中心化的并联DC
‑
DC变换器交错控制方法，其特征在于，在步骤S2中，对于直流电压纹波信号中的第n个采样点x(n)，利用离散傅里叶变换，计算每一种谐波的相位和幅值，计算公式为：其中，N表示直流电压纹波信号中采样点的数目，X(n)表示傅里叶变换后的电压纹波信号，是复数，包括了第n次谐波的幅值和相位，n＝0，1，
…
，N
‑
1；基于奈奎斯特定理，需要采集n次谐波时，N的取值至少为2
×
n，一、二、三次谐波至少需要6个采样点，即f
sample
＞6f
sw
，利用快速傅里叶变换改进离散傅里叶变换的计算过程，采样点数目为2
k
，其中，k为任意正整数。5.根据权利要求4所述的去中心化的并联DC
‑
DC变换器交错控制方法，其特征在于，在步骤S3中，对应将S2中得到的各次谐波的相位和幅值也进行反相时，第n次谐波反相的傅里叶变换的结果为：X
′
(n)＝
‑
X(n)
记第i次谐波的相位记为φ
i
，第i次谐波的幅值记为A
i
，则：φ
i
＝∠(X
′
(i))，A
i
＝|X
′
(i)|。6.根据权利要求5所述的去中心化的并联DC
‑
DC变换器交错控制方法，其特征在于，记每一个DC
‑
DC变换器的PWM信号的第i次谐波相位为ψ
i
，反相后的各次谐波的调制波相位为π
‑
φ
i
，每一个DC
‑
DC变换器的PWM信号的相位与反相后的各次谐波的调制波相位作差后得到：P
i
＝(ψ
i
‑
(π
‑
φ
i
))设每一...

【专利技术属性】
技术研发人员：付青，杨航，苏奕星，陈一山，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：