CN107124106B - 一种适用于双向dc-dc变换器的混合控制方法及装置 - Google Patents

一种适用于双向dc-dc变换器的混合控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于双向DC‑DC变换器的混合控制方法及装置，该方法包括：根据变换器所在的主回路的参数，离线计算变换器的软开关的开关条件以获取开关管的等效占空比最小值；并以其为调节目标，按照预定规则离线计算控制器的各输出值与调制器的各脉冲宽度和各脉冲密度的对应关系；确定变换器处于PWM模式的功率临界值；当变换器当前的功率低于功率临界值时，获取控制器的当前输出值，并通过对应关系确定出对应的目标脉冲宽度和目标脉冲密度。由此可见，本方法在变换器处于低功率段时，避免使用常规软开关进行控制，也就解除了软开关的对功率覆盖范围的限制，最终能够在低功率段提高变换器效率。

Description

一种适用于双向DC-DC变换器的混合控制方法及装置
技术领域
本发明涉及变换器技术领域，特别是涉及一种适用于双向DC-DC变换器的混合控制方法及装置。
背景技术
隔离型双向DC-DC变换器具有电气隔离，能量双向流动，功率密度高，以及电压等级匹配好，等诸多优点，而广泛应用于储能***、新能源汽车、智能微网、等诸多领域。随着双向DC-DC变换器的技术不断进步和运用领域不断推广，其工作效率和控制性能成为的当前研究的重点。高效能、高性能的双向DC-DC变换器既是相关领域共同的技术需求，也是DC-DC变换器发展的必然趋势。
当前对隔离型双向DC-DC变换器效率方面研究非常多，并且已经取得了相当的成就，例如在变换器满载情况下，采用PWM模式控制来提高变换器的效率；在轻载情况下，采用软开关技术来提高变换器的效率。但受软开关对功率覆盖范围的限制，低功率段变换器效率低下的问题仍然存在。
由此可见，如何提高变换器在低功率段的效率是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于双向DC-DC变换器的混合控制方法及装置，用于提高变换器在低功率段的效率。
为解决上述技术问题，本发明提供一种适用于双向DC-DC变换器的混合控制方法，包括：
根据双向DC-DC变换器所在的主回路的参数，离线计算所述双向DC-DC变换器的软开关的开关条件以获取开关管的等效占空比最小值；
以所述等效占空比最小值为调节目标，按照预定规则离线计算控制器的各输出值与调制器的各脉冲宽度和各脉冲密度的对应关系，并存储至控制器中；
确定所述双向DC-DC变换器处于PWM模式的功率临界值，并存储至所述控制器中；
当所述双向DC-DC变换器处于运行状态，且确定当前的功率低于所述功率临界值时，获取所述控制器的当前输出值，并通过所述对应关系确定出当前输出值所对应的目标脉冲宽度和目标脉冲密度以作为调制器的输出信号，否则以PWM模式作为调制器的工作模式。
优选地，所述预定规则具体为：
当所述控制器输出增大时，先增大所述调制器的所述脉冲宽度，如果所述脉冲宽度增加至100％时，则在单位时间内再增加一个脉冲，且所述脉冲宽度回至所述等效占空比最小值；
当所述控制器输出减小时，先减小所述调制器的脉冲宽度，如果所述脉冲宽度减小至所述等效占空比最小值时，则在单位时间内再减少一个脉冲，且所述脉冲宽度回至100％。
优选地，所述控制器的当前输出值具体通过所述控制器的给定值和采样电路的反馈值确定。
优选地，还包括：输出所述控制器的当前输出值以及当前调制器的工作模式。
优选地，所述确定当前的功率低于所述功率临界值具体为：
连续采样N次当前的功率，若当前的功率连续N次均低于所述功率临界值，则确定当前的功率低于所述功率临界值，其中N为大于1的正整数。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种适用于双向DC-DC变换器的混合控制装置，包括：
第一离线计算单元，用于根据双向DC-DC变换器所在的主回路的参数，离线计算所述双向DC-DC变换器的软开关的开关条件以获取开关管的等效占空比最小值；
第二离线计算单元，用于以所述等效占空比最小值为调节目标，按照预定规则离线计算控制器的各输出值与调制器的各脉冲宽度和各脉冲密度的对应关系，并存储至控制器中；
确定单元，用于确定所述双向DC-DC变换器处于PWM模式的功率临界值，并存储至所述控制器中；
控制单元，用于当所述双向DC-DC变换器处于运行状态，且确定当前的功率低于所述功率临界值时，获取所述控制器的当前输出值，并通过所述对应关系确定出当前输出值所对应的目标脉冲宽度和目标脉冲密度以作为调制器的输出信号，否则以PWM模式作为调制器的工作模式。
优选地，所述预定规则具体为：
当所述控制器输出增大时，先增大所述调制器的所述脉冲宽度，如果所述脉冲宽度增加至100％时，则在单位时间内再增加一个脉冲，且所述脉冲宽度回至所述等效占空比最小值；
当所述控制器输出减小时，先减小所述调制器的脉冲宽度，如果所述脉冲宽度减小至所述等效占空比最小值时，则在单位时间内再减少一个脉冲，且所述脉冲宽度回至100％。
优选地，所述控制单元具体通过所述控制器的给定值和采样电路的反馈值获取所述控制器的当前输出值。
优选地，还包括：
输出单元，用于输出所述控制器的当前输出值以及当前调制器的工作模式。
优选地，所述控制单元确定当前的功率低于所述功率临界值具体为：所述控制单元连续采样N次当前的功率，若当前的功率连续N次均低于所述功率临界值，则确定当前的功率低于所述功率临界值，其中N为大于1的正整数。
本发明所提供的适用于双向DC-DC变换器的混合控制方法及装置，根据双向DC-DC变换器所在的主回路的参数，离线计算双向DC-DC变换器的软开关的开关条件以获取开关管的等效占空比最小值；以等效占空比最小值为调节目标，按照预定规则离线计算控制器的各输出值与调制器的各脉冲宽度和各脉冲密度的对应关系，并存储至控制器中；确定双向DC-DC变换器处于PWM模式的功率临界值，并存储至控制器中；当双向DC-DC变换器处于运行状态，且确定当前的功率低于功率临界值时，获取控制器的当前输出值，并通过对应关系确定出当前输出值所对应的目标脉冲宽度和目标脉冲密度以作为调制器的输出信号，否则以PWM模式作为调制器的工作模式。由此可见，本方法根据软开关对应的开关条件进行相应的计算得到各控制器的输出值与调制器的脉冲宽度和脉冲密度的对应关系，从而在变换器处于低功率段时，避免使用常规软开关进行控制，也就解除了软开关的对功率覆盖范围的限制，最终能够在低功率段提高变换器效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种适用于双向DC-DC变换器的混合控制方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种全桥推挽隔离双向DC-DC变换器；
图3为本发明实施例提供的一种适用于双向DC-DC变换器的混合控制装置的结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
本发明的核心是提供一种适用于双向DC-DC变换器的混合控制方法及装置，用于提高变换器在低功率段的效率。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1为本发明实施例提供的一种适用于双向DC-DC变换器的混合控制方法的流程图。如图1所示，该方法包括：
S10：根据双向DC-DC变换器所在的主回路的参数，离线计算双向DC-DC变换器的软开关的开关条件以获取开关管的等效占空比最小值。
S11：以等效占空比最小值为调节目标，按照预定规则离线计算控制器的各输出值与调制器的各脉冲宽度和各脉冲密度的对应关系，并存储至控制器中。
S12：确定双向DC-DC变换器处于PWM模式的功率临界值，并存储至控制器中。
S13：当双向DC-DC变换器处于运行状态，且确定当前的功率低于功率临界值时，获取控制器的当前输出值，并通过对应关系确定出当前输出值所对应的目标脉冲宽度和目标脉冲密度以作为调制器的输出信号，否则以PWM模式作为调制器的工作模式。
为了更加清楚本发明提供的方法的具体应用场景，以图2为例说明。图2为本发明实施例提供的一种全桥推挽隔离双向DC-DC变换器。该变换器由原边侧H桥电路1，副边侧推挽电路2和隔离变压器T1组成。原边侧H桥电路1包括4个开关管，分别是第一开关管Q1，第二开关管Q2，第三开关管Q3和第四开关管Q4，通过滤波电容C与电源U1连接，在通过第二电感L2和第二电容C2与隔离变压器T1连接。副边侧推挽电路2包括第一电感L1、第一电容C1和第五开关管Q5和第六开关管Q6，第一电容C1的两端作为输出端U0。该变换器的控制***包括采样电路，驱动电路，主控器等。主控器为可编程的芯片，一般包含控制器和调制器两部分，具体工作原理请参见现有技术，本实施例不再赘述。
针对图2所示的双向DC-DC变换器，首先根据主回路的参数，离线计算软开关的开关条件以获取开关管的等效占空比最小值，再以等效占空比最小值为调节目标，按照预定规则离线计算控制器的各输出值与调制器的各脉冲宽度和各脉冲密度的对应关系，并存储至控制器中。以Dmin作为等效占空比最小值，以D*作为控制器的输出值，以D1作为脉冲宽度，以D2作为脉冲密度，则通过步骤S11就可以得到每个D*与每个D1和D2的对应关系。可以理解的是，由于步骤S10和S11均是离线计算的，因此，可以克服在低功率段软开关的限制问题，并且上述参数均是按照软开关的开关条件计算得到的，因此，与软开关的控制原理是相同，因此能够达到同样的控制效果。
在具体实施中，按照负载的大小划分，则双向DC-DC变换器会处于两种状态，一种是满载状态，另一种轻载状态。在满载状态时，采用PWM模式，从而提高变换器的效率；在轻载状态时，采用图1的模式控制。而何时采用PWM模式，何时退出PWM模式，需要通过一个功率临界值进行判断。需要说明的是，这个功率临界值需要根据大量的实验数据确定，其过程本实施例不再赘述。通过功率临界值就可以确定出当前对于双向DC-DC变换器是否采用PWM模式的控制。如果当前功率大于功率临界值，则采用PWM模式的控制，否则，获取控制器的当前输出值，并通过对应关系确定出当前输出值所对应的目标脉冲宽度和目标脉冲密度以作为调制器的输出信号。作为优选地实施方式，控制器的当前输出值具体通过控制器的给定值和采样电路的反馈值确定。
作为优选地实施方式，预定规则具体为：
当控制器输出增大时，先增大调制器的脉冲宽度，如果脉冲宽度增加至100％时，则在单位时间内再增加一个脉冲，且脉冲宽度回至等效占空比最小值；
当控制器输出减小时，先减小调制器的脉冲宽度，如果脉冲宽度减小至等效占空比最小值时，则在单位时间内再减少一个脉冲，且脉冲宽度回至100％。
本实施例提供的适用于双向DC-DC变换器的混合控制方法，根据双向DC-DC变换器所在的主回路的参数，离线计算双向DC-DC变换器的软开关的开关条件以获取开关管的等效占空比最小值；以等效占空比最小值为调节目标，按照预定规则离线计算控制器的各输出值与调制器的各脉冲宽度和各脉冲密度的对应关系，并存储至控制器中；确定双向DC-DC变换器处于PWM模式的功率临界值，并存储至控制器中；当双向DC-DC变换器处于运行状态，且确定当前的功率低于功率临界值时，获取控制器的当前输出值，并通过对应关系确定出当前输出值所对应的目标脉冲宽度和目标脉冲密度以作为调制器的输出信号，否则以PWM模式作为调制器的工作模式。由此可见，本方法根据软开关对应的开关条件进行相应的计算得到各控制器的输出值与调制器的脉冲宽度和脉冲密度的对应关系，从而在变换器处于低功率段时，避免使用常规软开关进行控制，也就解除了软开关的对功率覆盖范围的限制，最终能够在低功率段提高变换器效率。
在上述实施例的基础上，还包括：输出控制器的当前输出值以及当前调制器的工作模式。
本实施中，通过输出控制器的当前输出值和调制器的工作模式，可以快速的掌握变换器的工作状态。
在上述实施例的基础上，确定当前的功率低于功率临界值具体为：
连续采样N次当前的功率，若当前的功率连续N次均低于功率临界值，则确定当前的功率低于功率临界值，其中N为大于1的正整数。
为了保证对变换器平稳的控制，本实施例中，判断当前的功率低于功率临界值采用冗余的方式，即连续多次采样当前的功率，只有当前的功率连续低于功率临界值才退出PWM模式，否则仍然采用PWM模式。
上文中对于由于适用于双向DC-DC变换器的混合控制方法的实施例进行了详细的说明。本发明还提供一种适用于双向DC-DC变换器的混合控制装置。由于装置部分的实施例与方法部分的实施例相互对应，因此装置部分的实施例请参见方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。
图3为本发明实施例提供的一种适用于双向DC-DC变换器的混合控制装置的结构图。如图3所示，该装置包括：
第一离线计算单元10，用于根据双向DC-DC变换器所在的主回路的参数，离线计算双向DC-DC变换器的软开关的开关条件以获取开关管的等效占空比最小值；
第二离线计算单元11，用于以等效占空比最小值为调节目标，按照预定规则离线计算控制器的各输出值与调制器的各脉冲宽度和各脉冲密度的对应关系，并存储至控制器中；
确定单元12，用于确定双向DC-DC变换器处于PWM模式的功率临界值，并存储至控制器中；
控制单元13，用于当双向DC-DC变换器处于运行状态，且确定当前的功率低于功率临界值时，获取控制器的当前输出值，并通过对应关系确定出当前输出值所对应的目标脉冲宽度和目标脉冲密度以作为调制器的输出信号，否则以PWM模式作为调制器的工作模式。
本实施例提供的适用于双向DC-DC变换器的混合控制装置，根据软开关对应的开关条件进行相应的计算得到各控制器的输出值与调制器的脉冲宽度和脉冲密度的对应关系，从而在变换器处于低功率段时，避免使用常规软开关进行控制，也就解除了软开关的对功率覆盖范围的限制，最终能够在低功率段提高变换器效率。
作为优选地实施方式，预定规则具体为：
当控制器输出增大时，先增大调制器的脉冲宽度，如果脉冲宽度增加至100％时，则在单位时间内再增加一个脉冲，且脉冲宽度回至等效占空比最小值；
当控制器输出减小时，先减小调制器的脉冲宽度，如果脉冲宽度减小至等效占空比最小值时，则在单位时间内再减少一个脉冲，且脉冲宽度回至100％。
作为优选地实施方式，控制单元13具体通过控制器的给定值和采样电路的反馈值获取控制器的当前输出值。
作为优选地实施方式，还包括：
输出单元，用于输出控制器的当前输出值以及当前调制器的工作模式。
作为优选地实施方式，控制单元13确定当前的功率低于功率临界值具体为：控制单元连续采样N次当前的功率，若当前的功率连续N次均低于功率临界值，则确定当前的功率低于功率临界值，其中N为大于1的正整数。
以上对本发明所提供的适用于双向DC-DC变换器的混合控制方法及装置进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (6)

1.一种适用于双向DC-DC变换器的混合控制方法，其特征在于，包括：
根据双向DC-DC变换器所在的主回路的参数，离线计算所述双向DC-DC变换器的软开关的开关条件以获取开关管的等效占空比最小值；
以所述等效占空比最小值为调节目标，按照预定规则离线计算控制器的各输出值与调制器的各脉冲宽度和各脉冲密度的对应关系，并存储至控制器中；
确定所述双向DC-DC变换器处于PWM模式的功率临界值，并存储至所述控制器中；
当所述双向DC-DC变换器处于运行状态，且确定当前的功率低于所述功率临界值时，获取所述控制器的当前输出值，并通过所述对应关系确定出当前输出值所对应的目标脉冲宽度和目标脉冲密度以作为调制器的输出信号，否则以PWM模式作为调制器的工作模式；
所述预定规则具体为：
当所述控制器输出增大时，先增大所述调制器的所述脉冲宽度，如果所述脉冲宽度增加至100％时，则在单位时间内再增加一个脉冲，且所述脉冲宽度回至所述等效占空比最小值；
当所述控制器输出减小时，先减小所述调制器的脉冲宽度，如果所述脉冲宽度减小至所述等效占空比最小值时，则在单位时间内再减少一个脉冲，且所述脉冲宽度回至100％；
所述控制器的当前输出值具体通过所述控制器的给定值和采样电路的反馈值确定。
2.根据权利要求1所述的适用于双向DC-DC变换器的混合控制方法，其特征在于，还包括：输出所述控制器的当前输出值以及当前调制器的工作模式。
3.根据权利要求1所述的适用于双向DC-DC变换器的混合控制方法，其特征在于，所述确定当前的功率低于所述功率临界值具体为：
连续采样N次当前的功率，若当前的功率连续N次均低于所述功率临界值，则确定当前的功率低于所述功率临界值，其中N为大于1的正整数。
4.一种适用于双向DC-DC变换器的混合控制装置，其特征在于，包括：
第一离线计算单元，用于根据双向DC-DC变换器所在的主回路的参数，离线计算所述双向DC-DC变换器的软开关的开关条件以获取开关管的等效占空比最小值；
第二离线计算单元，用于以所述等效占空比最小值为调节目标，按照预定规则离线计算控制器的各输出值与调制器的各脉冲宽度和各脉冲密度的对应关系，并存储至控制器中；
确定单元，用于确定所述双向DC-DC变换器处于PWM模式的功率临界值，并存储至所述控制器中；
控制单元，用于当所述双向DC-DC变换器处于运行状态，且确定当前的功率低于所述功率临界值时，获取所述控制器的当前输出值，并通过所述对应关系确定出当前输出值所对应的目标脉冲宽度和目标脉冲密度以作为调制器的输出信号，否则以PWM模式作为调制器的工作模式；
所述预定规则具体为：
当所述控制器输出增大时，先增大所述调制器的所述脉冲宽度，如果所述脉冲宽度增加至100％时，则在单位时间内再增加一个脉冲，且所述脉冲宽度回至所述等效占空比最小值；
当所述控制器输出减小时，先减小所述调制器的脉冲宽度，如果所述脉冲宽度减小至所述等效占空比最小值时，则在单位时间内再减少一个脉冲，且所述脉冲宽度回至100％；
所述控制单元具体通过所述控制器的给定值和采样电路的反馈值获取所述控制器的当前输出值。
5.根据权利要求4所述的适用于双向DC-DC变换器的混合控制装置，其特征在于，还包括：
输出单元，用于输出所述控制器的当前输出值以及当前调制器的工作模式。
6.根据权利要求4所述的适用于双向DC-DC变换器的混合控制装置，其特征在于，所述控制单元确定当前的功率低于所述功率临界值具体为：所述控制单元连续采样N次当前的功率，若当前的功率连续N次均低于所述功率临界值，则确定当前的功率低于所述功率临界值，其中N为大于1的正整数。
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