【技术实现步骤摘要】
本申请涉及电源，尤其涉及一种功率变换装置及其控制方法。
技术介绍
1、双有源桥式(dual active bridge，dab)变换器能实现输入输出的电气隔离，具有功率密度高、易于实现软开关等优点，能够满足直流电压与交流电压转换的各种应用场合的需求，因此，dab变换器得到了广泛应用。
2、传统的dab变换器主要采用了图1a所示的电路结构。如图1a所示，dab变换器主要包括直流侧全桥、变压器t、电感lr和交流侧全桥，其中，直流侧全桥包括并联的第一桥臂和第二桥臂，交流侧全桥包括并联的第三桥臂和第四桥臂。第一桥臂由串联的开关s1和开关s2构成，第二桥臂由串联的开关s3和开关s4构成，第三桥臂由串联的开关s5和开关s6构成，第四桥臂由串联的开关s7和开关s8构成。图1a所示的dab变换器可以通过调整开关频率、开关s1的相位与开关s4的相位之间的相位差、开关s5的相位与开关s8的相位之间的相位差和开关s1的相位与开关s5的相位之间的相位差，实现对dab变换器的控制。在实际应用中，为了寻求较低的电感电流峰值和较低的电流折损，针对指定的直流电压vdc、交流电压vac和交流电流iac，根据dab变换器的基本原理，通常会寻求一个特定的寻优开关频率fs。示例性的，当交流电压vac和交流电流iac分别如图1b所示时，寻求的寻优开关频率fs为图1b所示的灰色虚线。如图1b所示，当交流电流iac为0时，寻求的寻优开关频率fs将非常高，然而实际的dab变换器由于控制器、开关管和变压器等的限制，开关管的开关频率存在上限值，因此，开关管的开关频率的
3、基于图1b可知，在交流电流iac较低或交流电压vac较低时，dab变换器中开关管的开关频率fs均达到上限值fs_limit。当开关频率fs达到上限值fs_limit时，对开关频率fs进行闭环控制很容易被限制器限制，从而影响对dab变换器的控制效果。此外，在交流电流iac过零时刻以及交流电压vac过零时刻，dab变换器的直流侧全桥和/或交流侧全桥存在工作模式切换，然而此时开关频率fs工作在上限值fs_limit，容易使dab变换器在工作模式切换时产生的电压电流波形畸变，降低dab变换器的输出性能。
技术实现思路
1、本申请提供了一种功率变换装置及其控制方法，有利于提升功率变换装置的控制效果和输出性能。
2、第一方面，本申请提供了一种功率变换装置，该功率变换装置包括直流端、直流侧桥式电路、变压器、交流侧桥式电路、交流端和控制器，变压器包括原边绕组和副边绕组，直流侧桥式电路和交流侧桥式电路包括开关管。其中，直流侧桥式电路连接于直流端和原边绕组之间，交流侧桥式电路连接于副边绕组和交流端之间。控制器用于在交流端的交流电流趋近于0的过程中，先控制开关管的开关频率增大至开关管的开关频率最大值，再在交流电流为0时，控制开关管的开关频率小于开关频率最大值。并在交流端的交流电流远离0的过程中，先控制开关管的开关频率增大至开关管的开关频率最大值，再控制开关管的开关频率减小。
3、在本实施方式中，在交流端的交流电流趋近或者远离0的过程中，在交流端的交流电流离0较近的电流区间(包括0)，功率变换装置通过控制直流侧桥式电路和交流侧桥式电路中开关管的开关频率小于开关频率最大值，从而可以使开关管的开关频率在进行闭环控制时不会被限制器限制，进而有利于提高功率变换装置的控制效果。此外，由于交流端的交流电流为0时开关管的开关频率小于开关频率最大值，因此，可以降低功率变换装置在交流端的交流电流为0时进行工作模式切换所产生的电压电流波形畸变，从而有利于提升功率变换装置的输出性能。再者，在交流端的交流电流趋近或者远离0的过程中，在交流端的交流电流离0较远的电流区间，功率变换装置按照交流电流的绝对值与开关管的寻优开关频率负相关的原则，控制开关管的开关频率，以降低功率变换装置中电感的电流峰值和电流折损，从而提高功率变换装置的效率。
4、结合第一方面，在第一种可能的实施方式中，控制器用于在交流端的交流电流趋近于0的过程中，在控制开关管的开关频率增大至开关管的开关频率最大值后，先控制开关管的开关频率减小至第一开关频率，再控制开关管的开关频率减小至第二开关频率。
5、在本实施方式中，功率变换装置的开关频率控制方式适用于开关频率在交流电压的绝对值下降至0之前增大至开关频率最大值的应用场景。在交流电流趋近或者远离0的过程中，在交流电流离0较近的电流区间(包括0)内，交流电压下降或增大至0。功率变换装置通过在交流电流离0较近的电流区间，控制开关管的开关频率先减小至第一开关频率，再减小至第二开关频率，最后增大的方式，保证在交流电流离0较近的电流区间和交流电压vac离0较近(包括0)的电压区间内，开关管的开关频率小于开关频率最大值，从而可以使开关管的开关频率在进行闭环控制时不会被限制器限制，进而有利于提高功率变换装置的控制效果。此外，由于交流电流为0时和交流电压为0时开关管的开关频率均小于开关频率最大值，因此，可以降低功率变换装置在交流电流为0时和交流电压为0进行工作模式切换所产生的电压电流波形畸变，从而有利于提升功率变换装置的输出性能。
6、结合第一方面，在第二种可能的实施方式中，控制器用于在交流端的交流电流趋近于0的过程中，在控制开关管的开关频率增大至开关管的开关频率最大值后，先控制开关管的开关频率减小至第一开关频率，再控制开关管的开关频率增大至第二开关频率，其中，第二开关频率小于开关频率最大值。
7、在本实施方式中，功率变换装置的开关频率控制方式适用于开关频率在交流电压的绝对值下降至0之前增大至开关频率最大值的应用场景。在交流电流趋近或者远离0的过程中，在交流电流离0较近的电流区间(包括0)内，交流电压下降或增大至0。功率变换装置通过在交流电流离0较近的电流区间，控制开关管的开关频率先减小至第一开关频率，再增大至第二开关频率，最后继续增大的方式，保证在交流电流离0较近的电流区间和交流电压vac离0较近(包括0)的电压区间内，开关管的开关频率小于开关频率最大值，从而可以使开关管的开关频率在进行闭环控制时不会被限制器限制，进而有利于提高功率变换装置的控制效果。此外，由于交流电流为0时和交流电压为0时开关管的开关频率均小于开关频率最大值，因此，可以降低功率变换装置在交流电流为0时和交流电压为0进行工作模式切换所产生的电压电流波形畸变，从而有利于提升功率变换装置的输出性能。再者，由于本实施方式中第一开关频率小于第二开关频率，因此在交流电压较低时，可以使功率变换装置输出更大的交流电流，从而可以使功率因数更低，适用性更强。
8、结合第一方面，在第三种可能的实施方式中，控制器用于在交流端的交流电流趋近于0的过程中，在控制开关管的开关频率增大至开关管的开关频率最大值后，先控制开关管的开关频率减小至第一开关频率，再控制开关管的开关频率保持在第一开关频率。
9、在本实施方式中，功率变换装置的开关频率控制方式适用于开关频本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种功率变换装置，其特征在于，所述功率变换装置包括直流端、直流侧桥式电路、变压器、交流侧桥式电路、交流端和控制器，所述变压器包括原边绕组和副边绕组，所述直流侧桥式电路和所述交流侧桥式电路包括开关管，其中：
2.根据权利要求1所述的功率变换装置，其特征在于，所述控制器用于，在所述交流端的交流电流趋近于0的过程中，在控制所述开关管的开关频率增大至所述开关管的开关频率最大值后，先控制所述开关频率减小至第一开关频率，再控制所述开关频率减小至第二开关频率。
3.根据权利要求1所述的功率变换装置，其特征在于，所述控制器用于，在所述交流端的交流电流趋近于0的过程中，在控制所述开关管的开关频率增大至所述开关管的开关频率最大值后，先控制所述开关频率减小至第一开关频率，再控制所述开关频率增大至第二开关频率，其中，所述第二开关频率小于所述开关频率最大值。
4.根据权利要求1所述的功率变换装置，其特征在于，所述控制器用于，在所述交流端的交流电流趋近于0的过程中，在控制所述开关管的开关频率增大至所述开关管的开关频率最大值后，先控制所述开关频率减小至第一开关频率，再控
5.根据权利要求1所述的功率变换装置，其特征在于，所述控制器用于，在所述交流端的交流电流趋近于0的过程中，在控制所述开关管的开关频率增大至所述开关管的开关频率最大值后，控制所述开关频率减小至第二开关频率。
6.根据权利要求2-5任一项所述的功率变换装置，其特征在于，第一开关频率为所述交流端的交流电压为0时所述开关管的开关频率，所述第一开关频率小于等于第一开关频率阈值；所述第二开关频率为所述交流电流为0时所述开关管的开关频率，所述第二开关频率小于等于第二开关频率阈值。
7.根据权利要求6所述的功率变换装置，其特征在于，所述第一开关频率阈值或者所述第二开关频率阈值与所述直流端的直流电流或者所述交流端的交流电流有效值正相关。
8.根据权利要求6所述的功率变换装置，其特征在于，所述第一开关频率阈值或者所述第二开关频率阈值与所述交流端的功率因数正相关，所述功率因数为所述交流端的交流电压与所述交流电流之间的相位差的余弦值。
9.根据权利要求6所述的功率变换装置，其特征在于，所述第一开关频率阈值或者所述第二开关频率阈值与所述直流端的直流电压负相关，或者，所述第一开关频率阈值或者所述第二开关频率阈值与所述交流端的交流电压有效值正相关。
10.根据权利要求1-9任一项所述的功率变换装置，其特征在于，所述功率变换装置还包括电感，所述直流侧桥式电路的输入端连接所述直流端；所述电感与所述原边绕组串联后连接所述直流侧桥式电路的输出端，所述副边绕组连接所述交流侧桥式电的输入端，或者，所述原边绕组连接所述直流侧桥式电路的输出端，所述电感与所述副边绕组串联后连接所述交流侧桥式电路的输入端；所述交流侧桥式电路的输出端连接所述交流端。
11.根据权利要求10所述的功率变换装置，其特征在于，所述直流侧桥式电路包括半桥电路或者全桥电路，所述交流侧桥式电路包括半桥电路或者全桥电路。
12.根据权利要求11所述的功率变换装置，其特征在于，所述直流侧桥式电路为半桥电路，所述功率变换装置还包括第一谐振电容和第二谐振电容，其中：
13.根据权利要求11所述的功率变换装置，其特征在于，所述交流侧桥式电路为半桥电路，所述功率变换装置还包括第一谐振电容和第二谐振电容，其中：
14.根据权利要求11所述的功率变换装置，其特征在于，所述直流侧桥式电路和所述交流侧桥式电路均为全桥电路，所述功率变换装置还包括第一谐振电容，所述原边绕组与所述第一谐振电容串联在所述直流侧桥式电路的输出端，或者，所述副边绕组、所述电感与所述第一谐振电容串联在所述交流侧桥式电路的输入端，或者，所述原边绕组、所述电感与所述第一谐振电容串联在所述直流侧桥式电路的输出端，或者，所述副边绕组与所述第一谐振电容串联在所述交流侧桥式电路的输入端。
15.一种功率变换装置的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述在所述交流电流为0时，控制所述开关管的开关频率小于所述开关频率最大值，包括：
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述在所述交流电流为0时，控制所述开关管的开关频率小于所述开关频率最大值，包括：
18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述在所述交流电流为0时，控制所述开关管的开关频率小于所述开关频率最大值，包括：
19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于...
【技术特征摘要】
1.一种功率变换装置，其特征在于，所述功率变换装置包括直流端、直流侧桥式电路、变压器、交流侧桥式电路、交流端和控制器，所述变压器包括原边绕组和副边绕组，所述直流侧桥式电路和所述交流侧桥式电路包括开关管，其中：
2.根据权利要求1所述的功率变换装置，其特征在于，所述控制器用于，在所述交流端的交流电流趋近于0的过程中，在控制所述开关管的开关频率增大至所述开关管的开关频率最大值后，先控制所述开关频率减小至第一开关频率，再控制所述开关频率减小至第二开关频率。
3.根据权利要求1所述的功率变换装置，其特征在于，所述控制器用于，在所述交流端的交流电流趋近于0的过程中，在控制所述开关管的开关频率增大至所述开关管的开关频率最大值后，先控制所述开关频率减小至第一开关频率，再控制所述开关频率增大至第二开关频率，其中，所述第二开关频率小于所述开关频率最大值。
4.根据权利要求1所述的功率变换装置，其特征在于，所述控制器用于，在所述交流端的交流电流趋近于0的过程中，在控制所述开关管的开关频率增大至所述开关管的开关频率最大值后，先控制所述开关频率减小至第一开关频率，再控制所述开关频率保持在所述第一开关频率。
5.根据权利要求1所述的功率变换装置，其特征在于，所述控制器用于，在所述交流端的交流电流趋近于0的过程中，在控制所述开关管的开关频率增大至所述开关管的开关频率最大值后，控制所述开关频率减小至第二开关频率。
6.根据权利要求2-5任一项所述的功率变换装置，其特征在于，第一开关频率为所述交流端的交流电压为0时所述开关管的开关频率，所述第一开关频率小于等于第一开关频率阈值；所述第二开关频率为所述交流电流为0时所述开关管的开关频率，所述第二开关频率小于等于第二开关频率阈值。
7.根据权利要求6所述的功率变换装置，其特征在于，所述第一开关频率阈值或者所述第二开关频率阈值与所述直流端的直流电流或者所述交流端的交流电流有效值正相关。
8.根据权利要求6所述的功率变换装置，其特征在于，所述第一开关频率阈值或者所述第二开关频率阈值与所述交流端的功率因数正相关，所述功率因数为所述交流端的交流电压与所述交流电流之间的相位差的余弦值。
9.根据权利要求6所述的功率变换装置，其特征在于，所述第一开关频率阈值或者所述第二开关频率阈值与所述直流端的直流电压负相关，或者，所述第一开关频率阈值或者所述第二开关频率阈值与所述交流端的交流电压有效值正相关。
10.根据权利要求1-9任一项所述的功率变换装置，其特征在于，所述功率变换装置还包括电感，所述直流侧桥式电路的输入端连接所述直流端；所述电感与所述原边绕组串联后连接所述直流侧桥式电路的输出端，所述副边绕组连接所述交流侧桥式电的输入端，或者，所述原边绕组连接所述直流侧桥式电路的输出端，所述电感与所述副边绕组串联后连接所述交流侧...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈东，荣先亮，石磊，
申请(专利权)人：华为数字能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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