三电平DC-DC变换器的环路控制器、系统、方法、存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种三电平DC

【技术实现步骤摘要】
三电平DC
‑
DC变换器的环路控制器、系统、方法、存储介质


[0001]本专利技术涉及DC
‑
DC双向变换器领域，尤其涉及一种三电平DC
‑
DC变换器及环路控制器、系统、方法、存储介质。

技术介绍

[0002]三电平DC
‑
DC双向变换器相对于传统的两电平电路有许多的优势，例如开关管的电压应力减半，电感电流纹波小，电感的尺寸小。但是三电平DC
‑
DC双向变换器的开关管数量多，控制复杂，飞跨电容平衡的控制方案更是控制中的难点，制约了飞跨电容三电平的发展。
[0003]现有三电平飞跨电容电压平衡控制方案，对于单向控制的应用比较多，此时电感电流的方向是确定的，不用考虑电流的方向，因此飞跨电容电压的控制也是单向的。但是在部分双向变化的场合中，充电的状态和放电的状态是完全相反的，因此单向变换器的控制策略不适用于双向变换器，在双向变换中在轻载状态下工作在电流连续模式时，电感电流的方向由于采样偏差和开关纹波的因素，电感电流经过滤波之后方向是不确定的，因此对飞跨电容控制方向容易产生误判断。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述在双向变换中在轻载状态下工作在电流连续模式时飞跨电容控制方向容易产生误判断的缺陷，提供一种三电平DC
‑
DC变换器及环路控制器、系统、方法、存储介质。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006]一方面，构造一种三电平DC
‑
DC变换器的控制方法，所述三电平DC
‑
DC变换器包括顺次连接于母线电容的正极和负极之间的第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，所述第一开关管、第二开关管的连接点和第三开关管和第四开关管的连接点之间连接一个所述飞跨电容，其特征在于，所述方法包括：
[0007]模式判断步骤：基于所述三电平DC
‑
DC变换器的输出电感电流和所述三电平DC
‑
DC变换器经滤波后的电池电流判断当前的工作模式，所述工作模式包括充电模式、放电模式；
[0008]开关管占空比调整步骤：若充电模式下所述飞跨电容的飞跨电容电压大于半母线电容电压，则加大所述第二开关管的PWM信号占空比且减小所述第一开关管的PWM信号占空比；若放电模式下所述飞跨电容电压大于半母线电容电压，则减小所述第二开关管的PWM信号占空比且加大所述第一开关管的PWM信号占空比；
[0009]其中，第一开关管和第四开关管的PWM信号互补，第二开关管和第三开关管的PWM信号互补。
[0010]进一步地，在本专利技术所述的控制方法中，所述开关管占空比调整步骤具体包括：
[0011]基于实时采集的所述输出电感电流以及电池电流得到初步PWM信号；
[0012]将实时采集的飞跨电容电压减去半母线电容电压得到第一差值，将所述第一差值
输入PI控制器得到第一控制量；
[0013]将所述第一控制量乘以调整因子后得到调整量，充电模式下所述调整因子为1，放电模式下所述调整因子为
‑
1；
[0014]将所述初步PWM信号加上所述调整量得到第一开关管的PWM信号；
[0015]将所述初步PWM信号减去所述调整量得到第二差值，将所述第二差值移项180度得到第二开关管的PWM信号。
[0016]进一步地，在本专利技术所述的控制方法中，基于实时采集的所述输出电感电流以及电池电流得到初步PWM信号，具体包括：
[0017]将参考电流减去所述电池电流得到第三差值，将所述第三差值输入PI控制器得到第二控制量；
[0018]将所述第二控制量减去所述输出电感电流得到第四差值，将所述第四差值输入PI控制器得到第三控制量，所述第三控制量作为所述初步PWM信号。
[0019]进一步地，在本专利技术所述的控制方法中，所述模式判断步骤具体包括：
[0020]预先判断所述电池电流是否大于零，如果是，则判定当前处于充电模式，否则判定当前处于放电模式；
[0021]在充电模式时实时判断最新得到的所述第一控制量是否大于预设值，如果是则判定当前切换到处于放电模式；
[0022]在放电模式时实时判断最新得到的所述第一控制量是否大于预设值，如果是则判定当前切换到处于充电模式。
[0023]二方面，构造一种三电平DC
‑
DC变换器的环路控制器，所述三电平DC
‑
DC变换器包括顺次连接于母线电容的正极和负极之间的第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，所述第一开关管、第二开关管的连接点和第三开关管和第四开关管的连接点之间连接一个所述飞跨电容，所述环路控制器包括：
[0024]原始环路控制模块，用于输出PWM信号给到所述第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管；
[0025]环路控制调整模块，用于对所述原始环路控制模块的PWM信号进行调整，包括：基于所述三电平DC
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DC变换器的输出电感电流和所述三电平DC
‑
DC变换器经滤波后的电池电流判断当前的工作模式，所述工作模式包括充电模式、放电模式；在充电模式所述飞跨电容的飞跨电容电压大于半母线电容电压时，加大所述第二开关管的PWM信号占空比且减小所述第一开关管的PWM信号占空比；以及在放电模式下所述飞跨电容电压大于半母线电容电压时，减小所述第二开关管的PWM信号占空比且加大所述飞跨电容电压所对应的第一开关管的PWM信号占空比，且第一开关管和第四开关管的PWM信号互补，第二开关管和第三开关管的PWM信号互补。
[0026]进一步地，在本专利技术所述的环路控制器中，所述原始环路控制模块包括初步PWM信号产生模块和移相器，所述原始环路控制模块包括第一减法器、第一PI控制器、充放电模式判断模块、乘法器、第二减法器、加法器、第一反相器、第二反相器；
[0027]所述初步PWM信号产生模块，用于基于实时采集的所述输出电感电流以及电池电流得到初步PWM信号，并将其输入所述第二减法器和加法器；
[0028]所述第一减法器，用于将实时采集的所述飞跨电容电压减去半母线电容电压得到
第一差值并将其输入所述第一PI控制器；
[0029]所述第一PI控制器，基于所述第一差值得到第一控制量，并将其输入所述乘法器；
[0030]所述充放电模式判断模块，用于设置并输入调整因子到所述乘法器，在充电模式下所述调整因子为1，放电模式下所述调整因子为
‑
1；
[0031]所述乘法器，用于将所述第一控制量乘以调整因子后得到调整量，并将其输入所述第二减法器和加法器；
[0032]所述加法器，用于将所述初步PWM信号加上所述调整量得到第一开关管的PWM信号；
[0033]所述第二减法器，用于将所述初步PWM信号减去所述调整量得到第二差值并将其输入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三电平DC
‑
DC变换器的控制方法，所述三电平DC
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DC变换器包括顺次连接于母线电容(C3)的正极和负极之间的第一开关管(Q1)、第二开关管(Q2)、第三开关管(Q3)和第四开关管(Q4)，所述第一开关管(Q1)、第二开关管(Q2)的连接点和第三开关管(Q3)和第四开关管(Q4)的连接点之间连接一个所述飞跨电容(C1)，其特征在于，所述方法包括：模式判断步骤：基于所述三电平DC
‑
DC变换器的输出电感电流(Iind)和所述三电平DC
‑
DC变换器经滤波后的电池电流(Ibat)判断当前的工作模式，所述工作模式包括充电模式、放电模式；开关管占空比调整步骤：若充电模式下所述飞跨电容(C1)的飞跨电容电压(Vflycap)大于半母线电容电压(Vbus/2)，则加大所述第二开关管(Q2)的PWM信号占空比且减小所述第一开关管(Q1)的PWM信号占空比；若放电模式下所述飞跨电容电压(Vflycap)大于半母线电容电压(Vbus/2)，则减小所述第二开关管(Q2)的PWM信号占空比且加大所述第一开关管(Q1)的PWM信号占空比；其中，第一开关管(Q1)和第四开关管(Q4)的PWM信号互补，第二开关管(Q2)和第三开关管(Q3)的PWM信号互补。2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述开关管占空比调整步骤具体包括：基于实时采集的所述输出电感电流(Iind)以及电池电流(Ibat)得到初步PWM信号(PWM_out)；将实时采集的飞跨电容电压(Vflycap)减去半母线电容电压(Vbus/2)得到第一差值(D1)，将所述第一差值(D1)输入PI控制器得到第一控制量(Fly_output)；将所述第一控制量(Fly_output)乘以调整因子后得到调整量(M1)，充电模式下所述调整因子为1，放电模式下所述调整因子为
‑
1；将所述初步PWM信号(PWM_out)加上所述调整量(M1)得到第一开关管(Q1)的PWM信号(Q1_PWM)；将所述初步PWM信号(PWM_out)减去所述调整量(M1)得到第二差值(D1)，将所述第二差值(D1)移项180度得到第二开关管(Q2)的PWM信号(Q2_PWM)。3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，基于实时采集的所述输出电感电流(Iind)以及电池电流(Ibat)得到初步PWM信号(PWM_out)，具体包括：将参考电流(Ibat_Ref)减去所述电池电流(Ibat)得到第三差值(D3)，将所述第三差值(D3)输入PI控制器得到第二控制量(Iind_Ref)；将所述第二控制量(Iind_Ref)减去所述输出电感电流(Iind)得到第四差值(D4)，将所述第四差值(D4)输入PI控制器得到第三控制量，所述第三控制量作为所述初步PWM信号(PWM_out)。4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述模式判断步骤具体包括：预先判断所述电池电流(Ibat)是否大于零，如果是，则判定当前处于充电模式，否则判定当前处于放电模式；在充电模式时实时判断最新得到的所述第一控制量(Fly_output)是否大于预设值，如果是则判定当前切换到处于放电模式；在放电模式时实时判断最新得到的所述第一控制量(Fly_output)是否大于预设值，如
果是则判定当前切换到处于充电模式。5.一种三电平DC
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DC变换器的环路控制器，所述三电平DC
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DC变换器包括顺次连接于母线电容(C3)的正极和负极之间的第一开关管(Q1)、第二开关管(Q2)、第三开关管(Q3)和第四开关管(Q4)，所述第一开关管(Q1)、第二开关管(Q2)的连接点和第三开关管(Q3)和第四开关管(Q4)的连接点之间连接一个所述飞跨电容(C1)，其特征在于，所述环路控制器包括：原始环路控制模块(100)，用于输出PWM信号给到所述第一开关管(Q1)、第二开关管(Q2)、第三开关管(Q3)和第四开关管(Q4)；环路控制调整模块(200)，用于对所述原始环路控制模块(100)的PWM信号进行调整，包括：基于所述三电平DC
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DC变换器的输出电感电流(Iind)和所述三电平DC
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DC变换器经滤波后的电池电流(Ibat)判断当前的工作模式，所述工作模式...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢彭冲，陈代伟，路晓，杨柱豪，
申请(专利权)人：深圳市盛弘新能源设备有限公司，
类型：发明
国别省市：