CN101860234A - 一种两级变换器的母线调压方法及装置 - Google Patents

一种两级变换器的母线调压方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种两级变换器的母线调压方法及装置，用于调节由PFC变换器和DCDC变换器组成的两级变换器的母线电压值，其中母线调压方法包括步骤：A、实时采样PFC变换器的输入电压值和DCDC变换器的输出电压值；B、根据采样到的输入电压值计算得到第一最小母线电压，根据采样到的输出电压值计算得到第二最小母线电压；C、比较第一最小母线电压和第二最小母线电压，将二者中的较大值发送给两级变换器的PFC变换器，作为调整后的两级变换器母线电压值。本发明通过采用二维母线调压方案，使得第一级的PFC变换器和第二级的DCDC变换器都尽量工作在最佳工作点，从而能充分挖掘整个两级变换器的最佳效率。

Description

一种两级变换器的母线调压方法及装置
技术领域
本发明涉及两级变换器，尤其涉及两级变换器的母线调压方法及装置。
背景技术
在电力能源变换中，环保节能、绿色能源正得到空前的关注。在同样的器件平台、同样的变换拓扑下，怎样最大限度的提高变换的效率得到了广泛的研究。
典型的两级变换器电路图如图1所示，包括位于第一级连接交流电源的功率因素校正(Power Factor Correction，PFC)变换器，以下简称PFC变换器，及位于第二级的直流-直流(DCDC)变换器，以下简称DCDC变换器；经DCDC变换器输出的电压经直流滤波器滤波后输出。早期的两级变换器的直流母线电压一般设置为固定值，即对于规定范围内任意的输入电压和任意的输出电压，其母线电压都保持不变。
常用的母线调压方案是建立一元函数来关联输出电压和母线电压，电路图如图2所示。其中，调压用的一元函数为：母线电压值＝Vo(输出电压值)，其中一元线性函数Vo的功能是在输出电压较低时，使得母线电压也较低，在输出电压较高时，使得母线电压也较高，如图3所示，从而使第二级的DCDC变换器工作在最佳工作点。即仅仅只根据输出电压的大小，调整母线电压值，以使得DCDC变换器的效率最高。
上述一维母线调压方案存在一个缺点，即虽然保证了DCDC变换器工作在最佳工作点，但不能保证PFC变换器工作在最佳工作点，只是在一定程度上提高两级变换器的效率，其提高量比较有限，还不能充分挖掘整个两级变换器的最佳效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种两级变换器的母线调压方法及装置，使两级变换器都工作在较好的工作点，从而实现整机效率的最大化。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
构造一种两级变换器的母线调压方法，用于调节由PFC变换器和DCDC变换器组成的两级变换器的母线电压值，其包括以下步骤：
A、实时采样PFC变换器的输入电压值和DCDC变换器的输出电压值；
B、根据采样到的输入电压值计算得到第一最小母线电压，根据采样到的输出电压值计算得到第二最小母线电压；
C、比较所述第一最小母线电压和第二最小母线电压，将二者中的较大值发送给两级变换器的PFC变换器，作为调整后的两级变换器母线电压值。
本发明所述的母线调压方法，其中，所述步骤B中，所述第一最小母线电压是在给定的输入电压下，两级变换器的母线电压允许的最小值，与输入电压的有效值相关。
本发明所述的母线调压方法，其中，所述步骤C中，所述第二最小母线电压是在给定的输出电压下，两级变换器的母线电压允许的最小值，与DCDC变换器的增益、变压器的匝数比以及两级变换器的最大占空比相关。
本发明所述的母线调压方法，其中，所述步骤C包括：
C1、比较第一最小母线电压和第二最小母线电压，得到二者中的较大值；
C2、判断当前母线电压值是否等于所述较大值，在当前的母线电压值不等于该较大值时，将母线电压值调整为所述较大值。
本发明还提供了一种两级变换器的母线调压装置，用于调节由PFC变换器和DCDC变换器组成的两级变换器的母线电压值，其中，包括用于实时采集两级变换器的输入电压值的第一采样模块，和用于实时采集两级变换器的输出电压值的第二采样模块；还包括，
用于根据采样的输入电压值计算得到第一最小母线电压的第一计算模块，及用于根据采样的输出电压值计算得到第二最小母线电压的第二计算模块；
用于比较所述第一最小母线电压和第二最小母线电压，得到其中较大值的比较模块；
及用于将所述较大值作为调整后的母线电压值发送至两级变换器的PFC变换器的信号发送模块。
本发明所述的母线调压装置，其中，还包括用于采样母线电压值的第三采样模块；
及判断模块，用于判断所述较大值与采样得到的母线电压值的是否相等，并在所述较大值与采样得到的母线电压值不相等时，向所述信号发送模块发送传送命令，将所述较大值发送至所述PFC变换器，作为新的母线电压值。
本发明所述的母线调压装置，其中，所述两级变换器为三相输入的两级变换器。
本发明所述的母线调压装置，其中，所述两级变换器为单相输入的两级变换器。
本发明两级变换器的母线调压方法及装置，通过采用二维母线调压方案，同时采集输入电压和输出电压值，并根据采集到的输入电压值和输出电压值，得到最合适的母线电压值，实时调整母线电压值，使得第一级的PFC变换器和第二级的DCDC变换器都尽量工作在最佳工作点，从而能充分挖掘整个两级变换器的最佳效率。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为现有技术中的两级变换器电路原理示意图；
图2为现有技术中的采用一维母线调压方案的两级变换器电路原理示意图；
图3为现有技术中的采用一维母线调压方案的两级变换电路的输出电压与母线电压关系示意图；
图4为本发明实施例的采用二维母线调压方案的两级变换器电路原理示意图；
图5为本发明实施例的母线调压装置原理框图；
图6为本发明实施例的母线调压装置原理框图及与两级变换器电路连接示意图；
图7为本发明实施例的母线调压装置应用于单相输入的两级变换器的连接原理示意图；
图8为本发明实施例的母线调压方法流程图；
图9为采用本发明实施例的母线调压装置后两级变换器的输出电压、输入电压与母线电压关系三维示意图。
具体实施方式
下面结合图示，对本发明的优选实施例作详细介绍。
本发明较佳实施例的母线调压装置与两级变换器连接图如图4所示，其中母线调压装置原理框图如图5所示，同时参阅图6，母线调压装置30包括第一采样模块31、第二采样模块32、第一计算模块34、第二计算模块35、比较模块37和信号发送模块36。其中，第一采样模块31实时采集PFC变换器的输入电压值Vin_ac，第二采样模块32用于实时采集DCDC变换器的输出电压值Vo_dc；第一计算模块34根据采样的输入电压值计算得到第一最小母线电压Vdclink1，取值为Min(Vin(Vin_ac))，第二计算模块35根据采样的输出电压值计算得到第二最小母线电压Vdclink2，取值为Min(Vo(Vo_dc))；比较模块37比较第一最小母线电压和第二最小母线电压，得到其中较大值；信号发送模块36将该较大值作为调整后的母线电压值Vdclink发送至两级变换器的PFC变换器10。这样可以根据采集到的输入电压值和输出电压值，得到最合适的母线电压值，实时调整母线电压值，使得第一级的PFC变换器10和第二级的DCDC变换器20都尽量工作在最佳工作点。
优选地，如图5和图6所示，母线调压装置30还包括第三采样模块33及判断模块38，其中第三采样模块33采样两级变换器的母线电压值；判断模块38判断较大值与采样得到的母线电压值的是否相等，并在较大值与采样得到的母线电压值不相等时，向信号发送模块36发送传送命令，将较大值发送至PFC变换器10，作为新的母线电压值。这样在当前的母线电压值与比较得到的较大值相等时，就不用对母线电压进行调整。
以上实施例中，两级变换器为三相输入的两级变换器。可以理解的是，两级变换器也可以为单相输入的两级变换器，当采用单相输入的两级变换器时，电路连接原理图如图7所示。
本发明的另一实施例中提供了一种两级变换器的母线调压方法，其流程图如图8所示，包括以下步骤：
步骤S10、实时采样两级变换器的输入电压值和输出电压值；
步骤S20、根据采样到的输入电压值和输出电压值，计算得到第一最小母线电压和第二最小母线电压；
步骤S30、比较第一最小母线电压和第二最小母线电压，将二者中的较大值发送给两级变换器的PFC变换器，作为调整后的两级变换器母线电压值。
优选地，步骤S30中，先比较第一最小母线电压和第二最小母线电压，得到二者中的较大值；再判断当前母线电压值是否等于较大值，在当前的母线电压值不等于该较大值时，将母线电压值调整为较大值。
以上二维母线调压方案中，所采用的二维函数如下式(1)所示：
Vdclink＝Max(Min(Vin(Vin_ac))，Min(Vo(Vo_dc)))             (1)，
其中第一最小母线电压Vdclink1，即Min(Vin(Vin_ac))，是在给定的输入电压Vin_ac下，母线电压Vdclink允许的最小值，它和输入电压的有效值相关；
第二最小母线电压Vdclink2，即Min(Vo(Vo_dc))，是在给定的输出电压Vo_dc下，母线电压Vdclink允许的最小值，它和DCDC变换器的增益，变压器匝比，变换器最大占空比Dmax等因素相关。
式(1)中所计算的第一最小母线电压和第二最小母线电压的中的较大值，是比较Min(Vin(Vin_ac))的值和Min(Vo(Vo_dc))的值后，得出的较大值，然后以这个较大值作为最终的母线电压值Vdclink。
本实施例的母线调压装置后两级变换器的输出电压、输入电压与母线电压关系三维示意图如图9所示，其中水平面的X轴、Y轴分别代表输入电压Vin_dc和输出电压Vo_dc，纵轴Z代表母线电压Vdclink。
从图9中可以看出，根据二维函数式(1)得出的母线电压Vdclink同时统筹两级变换器的输入电压和输出电压，可以在各种输入、输出电压条件下，同时使第一级的PFC变换器和第二级的DCDC变换器都尽量工作在最佳工作点。
综上所述，本发明两级变换器的母线调压方法及装置，通过采用二维母线调压方案，及同时采集输入电压和输出电压值，并根据采集到的输入电压值和输出电压值，得到最合适的母线电压值，实时调整母线电压值，使得第一级的PFC变换器和第二级的DCDC变换器都尽量工作在最佳工作点，从而能充分挖掘整个两级变换器的最佳效率。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种两级变换器的母线调压方法，用于调节由PFC变换器和DCDC变换器组成的两级变换器的母线电压值，其特征在于，包括以下步骤：
A、实时采样PFC变换器的输入电压值和DCDC变换器的输出电压值；
B、根据采样到的输入电压值计算得到第一最小母线电压，根据采样到的输出电压值计算得到第二最小母线电压；
C、比较所述第一最小母线电压和第二最小母线电压，将二者中的较大值发送给两级变换器的PFC变换器，作为调整后的两级变换器母线电压值。
2.根据权利要求1所述的母线调压方法，其特征在于，所述步骤B中，所述第一最小母线电压是在给定的输入电压下，两级变换器的母线电压允许的最小值。
3.根据权利要求2所述的母线调压方法，其特征在于，所述步骤C中，所述第二最小母线电压是在给定的输出电压下，两级变换器的母线电压允许的最小值。
4.根据权利要求3所述的母线调压方法，其特征在于，所述步骤C包括：
C1、比较第一最小母线电压和第二最小母线电压，得到二者中的较大值；
C2、如果当前的母线电压值不等于该较大值时，将母线电压值调整为所述较大值。
5.一种两级变换器的母线调压装置，用于调节由PFC变换器和DCDC变换器组成的两级变换器的母线电压值，其特征在于，包括用于实时采集两级变换器的输入电压值的第一采样模块(31)，和用于实时采集两级变换器的输出电压值的第二采样模块(32)；还包括，
用于根据采样的输入电压值计算得到第一最小母线电压的第一计算模块(34)，及用于根据采样的输出电压值计算得到第二最小母线电压的第二计算模块(35)；
用于比较所述第一最小母线电压和第二最小母线电压，得到其中较大值的比较模块(37)；
及用于将所述较大值作为调整后的母线电压值发送至两级变换器的PFC变换器(10)的信号发送模块(36)。
6.根据权利要求5所述的母线调压装置，其特征在于，还包括用于采样母线电压值的第三采样模块(33)；
及判断模块(38)，用于判断所述较大值与采样得到的母线电压值是否相等，并在所述较大值与采样得到的母线电压值不相等时，向所述信号发送模块(36)发送传送命令，将所述较大值发送至所述PFC变换器(10)，作为新的母线电压值。
7.根据权利要求5或6所述的母线调压装置，其特征在于，所述两级变换器为三相输入的两级变换器。
8.根据权利要求5或6所述的母线调压装置，其特征在于，所述两级变换器为单相输入的两级变换器。
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