CN108696156B - 一种电源变换器的控制方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电源变换器的控制方法及其装置，其包括一主电路，该主电路由交流/直流变换电路和直流/直流变换电路组成，所述直流/直流变换电路通过开关管的开通与关断来调节输出电压，在所述直流/直流变换电路控制器中，通过在其电压环路中增加一个母线电压环和第一运算器，使得其控制器切换到所述母线电压环控制时，电源变换器仍能保持一定的功率输出；本发明在所述直流/直流变换电路控制器中，通过在其电压环路中增加一个母线电压环和第一运算器，使得当控制器切换到所述母线电压环控制时，电源变换器仍能保持一定的功率输出。

Description

一种电源变换器的控制方法及其装置
技术领域
本发明涉及电力电子产品领域，特别涉及一种电源变换器的控制方法及其装置。
背景技术
在通讯电源AC/DC模块中，主电路通常由前级PFC电路和后级隔离型DC/DC电路组成，两级电路中间并联母线电容。由于模块保持时间的要求，母线电容通常会采用大容量的电解电容，但由于模块体积和成本的限制，母线电容总容量也受限。通常PFC母线电压环带宽低，动态性能并不好，当负载出现大动态跳变时，母线电容电压会大范围波动，容易导致母线电压过欠压保护，为了处理输入电压跳变和输出负载跳变，电压外环通常在这种负载跳变时加入类似非线性控制等措施，才能保证PFC母线电压不出现过欠压保护。但当后级负载进一步加大，超出此时输入电压下最大带载能力要求时，母线电压会被进一步拉低直到母线欠压PFC关机，从而导致整个模块不工作。
当负载为电池时，***上的模块通常会被设置成最大输出能力给电池充电，如果此时输入电压出现异常降低、模块带载能力减小的情况时，此时负载仍然按照之前的最大限流点给电池充电的话，模块会被负载拉死关机。通常这时候电池负载希望能够减小负载输出电流继续充电，待输入电压恢复正常，模块能继续按照最大限流点充电。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电源变换器的控制方法及其装置，能够有效解决现有技术中的不足。
本发明是通过以下技术方案来实现的：一种电源变换器的控制方法，其包括一主电路，该主电路由交流/直流变换电路和直流/直流变换电路组成，所述直流/直流变换电路通过开关管的开通与关断来调节输出电压，在所述直流/直流变换电路控制器中，通过在其电压环路中增加一个母线电压环和第一运算器，使得其控制器切换到所述母线电压环控制时，电源变换器仍能保持一定的功率输出；
直流/直流变换电路中开关管由驱动信号经过驱动电路进行控制，获得所述驱动信号，具体包括如下步骤：
母线电压设定值和母线电压采样值经过第二运算器后生成控制值V1，所述控制值V1经过第一负反馈补偿调节器生成控制值V2；输出电压设定值与输出电压采样值经过第二运算器后生成控制值V3，所述控制值V3经过第二负反馈补偿调节器生成控制值V4，所述控制值V2与所述控制值V4经过第一运算器生成控制值V5，所述控制值V5经过信号生成器生成所述驱动信号。
作为优选的技术方案，所述第一运算器的运算为取小运算，第一运算器的输出值为所述第一运算器的两个输入值中的最小值；
所述第二运算器的运算为求差运算，所述第二运算器的输出值为所述第二运算器两个输入值的差值；
所述母线电压设定值小于电源变换器稳态工作时的母线电压最小值。
作为优选的技术方案，所述控制值V5与输出电流采样值经过第二运算器生成控制值V6，所述控制值V6经过第三负反馈补偿调节器生成控制值V7，所述控制值V7经过信号生成器生成所述驱动信号。
作为优选的技术方案，输出电压采样值与输出电流采样值经过第三运算器生成控制值V8，所述控制值V5与所述控制值V8经过第二运算器生成所述控制值V6。
所述第三运算器的运算为相乘运算，即所述第三运算器的输出值为所述第三运算器两个输入值的乘积值。
作为优选的技术方案，所述直流/直流变换电路中开关管可以采用变频调制、脉宽调制和移相控制等控制方式，其对应的所述驱动信号分别为开关频率信号、脉冲占空比信号和不同开关管占空比的移相角信号。
一种电源变换器装置，包括交流/直流变换电路、母线电容、直流/直流变换电路、第一采样电路、第二采样电路、驱动电路和控制器电路，所述电源变换器装置的输入端连接所述的交流/直流变换电路的输入端，所述的交流/直流变换电路的输出端通过母线电容与所述的直流/直流变换电路的输入端并联连接，所述的直流/直流变换电路的输出端连接所述电源变换器装置输出端，母线电容电压经过所述第一采样电路生成母线电压采样值，输出电压经过所述第二采样电路得到输出电压采样值，所述母线电压采样值与所述输出电压采样值送到所述的控制器电路中，所述控制器闭环控制生成驱动信号经过驱动电路来控制所述的直流/直流变换器中开关管的开通与关断。
作为优选的技术方案，输出电流经过所述第三采样电路得到输出电流采样值，在所述的控制器电路中，所述控制值V5与所述输出电流采样值经过第二运算器生成控制值V6，所述控制值V6经过第三负反馈补偿调节器生成控制值V7，所述控制值V7经过信号生成器生成驱动信号，所述驱动信号通过所述驱动电路来控制所述直流/直流变换电路中开关管的开通与关断。
作为优选的技术方案，在所述的控制器电路中，所述输出电压采样值与所述输出电流采样值经过第三运算器生成控制值V8，所述控制值V5与所述控制值V8经过第二运算器生成所述控制值V6。
所述第三运算器的运算为相乘运算，即所述第三运算器的输出值为所述第三运算器两个输入值的乘积值。
作为优选的技术方案，所述的控制器为数字信号处理器。
作为优选的技术方案，当所述直流/直流变换电路为带变压器隔离的变换电路，且所述控制器的地电平为副边地电平时，原边电流通过所述第三采样电路生成原边电流采样值，在所述的控制器电路中，将所述的原边电流采样值折算成所述的输出电流采样值。
作为优选的技术方案，当直流/直流变换电路为带变压器隔离的变换电路，且所述控制器的地电平为副边地电平时，第一采样电路为隔离采样电路；当所述直流/直流变换电路为带变压器隔离的变换电路，且所述控制器的地电平为原边地电平时，第二采样电路、第三采样电路为隔离采样电路，驱动电路为隔离驱动电路。
本发明的有益效果是：1)当负载需求大于在此时输入电压条件下模块的最大输出能力时，模块电压外环切换到新增的母线电压闭环控制，使得母线电压稳定工作在另一个稳态母线电压值，此时母线电压低于稳态工作时母线电压最小值，介于稳态工作时母线电压最小值与母线欠压值之间，能够保证后级DC/DC电路仍能保持一定的功率输出，扩展了电源变换器输出工作范围。
2)负载动态变化时，可以减少前级PFC部分的非线性操作，后级控制环路能够根据母线实际带载能力在两个环路之间平滑切换，从而保证母线电压稳定。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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为本发明方法的第一示意图；
图2为本发明方法的第二示意图；
图3为本发明方法的第三示意图；
图4为本发明方法装置的第一实施例电路图；
图5为本发明方法装置的第二实施例电路图；
图6为本发明方法装置的第三实施例电路图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1:
如图1-图4所示，电源变换器由控制器1、交流/直流变换电路2、母线电容3、直流/直流变换电路4、第一采样电路、第二采样电路、驱动电路等组成，其中所述的控制器1为数字信号处理器(DSP)。
电源变换器装置的输入端连接所述的交流/直流变换电路2的输入端，所述的交流/直流变换电路的输出端通过母线电容3与所述的直流/直流变换电路4的输入端并联连接，直流/直流变换电路4的输出端连接所述电源变换器装置输出端，母线电容电压经过所述第一采样电路生成母线电压采样值，输出电压经过所述第二采样电路得到输出电压采样值，所述母线电压采样值与所述输出电压采样值送到所述的控制器1的AD口，控制器1闭环控制生成驱动信号经过驱动电路来控制所述的直流/直流变换器4中开关管的开通与关断。
控制器1电路中，母线电压设定值和母线电压采样值经过第二运算器12后生成控制值V1，所述控制值V1经过第一负反馈补偿调节器13生成控制值V2；输出电压设定值与输出电压采样值经过第二运算器后生成控制值V3，所述控制值V3经过第二负反馈补偿调节器14生成控制值V4，所述控制值V2与所述控制值V4经过第一运算器11生成控制值V5，所述控制值V5经过信号生成器15生成驱动信号,所述驱动信号送到所述驱动电路来控制所述直流/直流变换电路中开关管的开通与关断。
第一运算器11的运算为取小运算，即所述第一运算器11的输出值为所述第一运算器11的两个输入值中的最小值。
第二运算器12的运算为求差运算，即所述第二运算器12的输出值为所述第二运算器12两个输入值的差值。
母线电压给定值小于所述电源变换器稳态工作时的母线电压最小值。
实施例2:
图5给出了采用本发明的电源变换器控制方法及其装置的第一实施例电路图。所述的电源变换器由控制器1、交流/直流变换电路2、母线电容3、直流/直流变换电路4、第一采样电路、第二采样电路、第三采样电路、驱动电路等组成，其中所述的控制器1为数字信号处理器(DSP)。
电源变换器装置的输入端连接所述的交流/直流变换电路2的输入端，所述的交流/直流变换电路的输出端通过母线电容3与所述的直流/直流变换电路4的输入端并联连接，所述的直流/直流变换电路4的输出端连接所述电源变换器装置输出端，母线电容电压经过所述第一采样电路生成母线电压采样值，输出电压经过所述第二采样电路得到输出电压采样值，所述母线电压采样值与所述输出电压采样值送到所述的控制器1的AD口，所述控制器1闭环控制生成驱动信号经过驱动电路来控制所述的直流/直流变换器4中开关管的开通与关断。
在控制器1电路中，母线电压设定值和母线电压采样值经过第二运算器12后生成控制值V1，所述控制值V1经过第一负反馈补偿调节器13生成控制值V2；输出电压设定值与输出电压采样值经过第二运算器后生成控制值V3，控制值V3经过第二负反馈补偿调节器14生成控制值V4，所述控制值V2与控制值V4经过第一运算器11生成控制值V5，所述控制值V5与输出电流采样值经过第二运算器12生成控制值V6，所述控制值V6经过第三负反馈补偿调节器16生成控制值V7，所述控制值V7经过信号生成器17生成驱动信号，所述驱动信号通过所述驱动电路来控制所述直流/直流变换电路中开关管的开通与关断。
第一运算器11的运算为取小运算，即所述第一运算器11的输出值为所述第一运算器11的两个输入值中的最小值。
第二运算器12的运算为求差运算，即所述第二运算器12的输出值为所述第二运算器12两个输入值的差值。
母线电压给定值小于所述电源变换器稳态工作时的母线电压最小值。
实施例3:
图6给出了采用本发明的电源变换器控制方法及其装置的第一实施例电路图。所述的电源变换器由控制器1、交流/直流变换电路2、母线电容3、直流/直流变换电路4、第一采样电路、第二采样电路、第三采样电路、驱动电路等组成，其中所述的控制器1为数字信号处理器(DSP)。
所述电源变换器装置的输入端连接所述的交流/直流变换电路2的输入端，所述的交流/直流变换电路的输出端通过母线电容3与所述的直流/直流变换电路4的输入端并联连接，所述的直流/直流变换电路4的输出端连接所述电源变换器装置输出端，母线电容电压经过所述第一采样电路生成母线电压采样值，输出电压经过所述第二采样电路得到输出电压采样值，所述母线电压采样值与所述输出电压采样值送到所述的控制器1的AD口，所述控制器1闭环控制生成驱动信号经过驱动电路来控制所述的直流/直流变换器4中开关管的开通与关断。
在所述的控制器1电路中，母线电压设定值和母线电压采样值经过第二运算器12后生成控制值V1，所述控制值V1经过第一负反馈补偿调节器13生成控制值V2；输出电压设定值与输出电压采样值经过第二运算器后生成控制值V3，所述控制值V3经过第二负反馈补偿调节器14生成控制值V4，所述控制值V2与所述控制值V4经过第一运算器11生成控制值V5，输出电压采样值与输出电流采样值经过第三运算器17生成控制值V8，所述控制值V5与所述控制值V8经过第二运算器生成所述控制值V6，所述控制值V6经过第三负反馈补偿调节器16生成控制值V7，所述控制值V7经过信号生成器15生成驱动信号，所述驱动信号通过所述驱动电路来控制所述直流/直流变换电路中开关管的开通与关断。
第一运算器11的运算为取小运算，即所述第一运算器11的输出值为所述第一运算器11的两个输入值中的最小值。
第二运算器12的运算为求差运算，即所述第二运算器12的输出值为所述第二运算器12两个输入值的差值。
第三运算器的运算为相乘运算，即所述第三运算器的输出值为所述第三运算器两个输入值的乘积值。
母线电压给定值小于所述电源变换器稳态工作时的母线电压最小值。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种电源变换器的控制方法，其包括一主电路，该主电路由交流/直流变换电路和直流/直流变换电路组成，所述直流/直流变换电路通过开关管的开通与关断来调节输出电压，其特征在于：在所述直流/直流变换电路控制器中，通过在其电压环路中增加一个母线电压环和第一运算器，使得其控制器切换到所述母线电压环控制时，电源变换器仍能保持一定的功率输出；
直流/直流变换电路中开关管由驱动信号经过驱动电路进行控制，获得所述驱动信号，具体包括如下步骤：
母线电压设定值和母线电压采样值经过第二运算器后生成控制值V1，所述控制值V1经过第一负反馈补偿调节器生成控制值V2；输出电压设定值与输出电压采样值经过第二运算器后生成控制值V3，所述控制值V3经过第二负反馈补偿调节器生成控制值V4，所述控制值V2与所述控制值V4经过第一运算器生成控制值V5，所述控制值V5经过信号生成器生成所述驱动信号；
所述第一运算器的运算为取小运算，第一运算器的输出值为所述第一运算器的两个输入值中的最小值；
所述第二运算器的运算为求差运算，所述第二运算器的输出值为所述第二运算器两个输入值的差值；
所述母线电压设定值小于电源变换器稳态工作时的母线电压最小值；
所述控制值V5与输出电流采样值经过第二运算器生成控制值V6，所述控制值V6经过第三负反馈补偿调节器生成控制值V7，所述控制值V7经过信号生成器生成所述驱动信号；
输出电压采样值与输出电流采样值经过第三运算器生成控制值V8，所述控制值V5与所述控制值V8经过第二运算器生成所述控制值V6；
所述第三运算器的运算为相乘运算，即所述第三运算器的输出值为所述第三运算器两个输入值的乘积值；
所述直流/直流变换电路中开关管可以采用变频调制、脉宽调制和移相控制等控制方式，其对应的所述驱动信号分别为开关频率信号、脉冲占空比信号和不同开关管占空比的移相角信号。
2.一种电源变换器装置，其特征在于：包括交流/直流变换电路、母线电容、直流/直流变换电路、第一采样电路、第二采样电路、驱动电路和控制器电路，所述电源变换器装置的输入端连接所述的交流/直流变换电路的输入端，所述的交流/直流变换电路的输出端通过母线电容与所述的直流/直流变换电路的输入端并联连接，所述的直流/直流变换电路的输出端连接所述电源变换器装置输出端，母线电容电压经过所述第一采样电路生成母线电压采样值，输出电压经过所述第二采样电路得到输出电压采样值，所述母线电压采样值与所述输出电压采样值送到所述的控制器电路中，所述控制器闭环控制生成驱动信号经过驱动电路来控制所述的直流/直流变换器中开关管的开通与关断；
母线电压设定值和母线电压采样值经过第二运算器后生成控制值V1，所述控制值V1经过第一负反馈补偿调节器生成控制值V2；输出电压设定值与输出电压采样值经过第二运算器后生成控制值V3，所述控制值V3经过第二负反馈补偿调节器生成控制值V4，所述控制值V2与所述控制值V4经过第一运算器生成控制值V5，所述控制值V5经过信号生成器生成所述驱动信号；
输出电流经过第三采样电路得到输出电流采样值，在所述的控制器电路中，所述控制值V5与所述输出电流采样值经过第二运算器生成控制值V6，所述控制值V6经过第三负反馈补偿调节器生成控制值V7，所述控制值V7经过信号生成器生成驱动信号，所述驱动信号通过所述驱动电路来控制所述直流/直流变换电路中开关管的开通与关断；在所述的控制器电路中，所述输出电压采样值与所述输出电流采样值经过第三运算器生成控制值V8，所述控制值V5与所述控制值V8经过第二运算器生成所述控制值V6；
所述第三运算器的运算为相乘运算，即所述第三运算器的输出值为所述第三运算器两个输入值的乘积值；所述的控制器为数字信号处理器；
当所述直流/直流变换电路为带变压器隔离的变换电路，且所述控制器的地电平为副边地电平时，原边电流通过所述第三采样电路生成原边电流采样值，在所述的控制器电路中，将所述的原边电流采样值折算成所述的输出电流采样值；
当直流/直流变换电路为带变压器隔离的变换电路，且所述控制器的地电平为副边地电平时，第一采样电路为隔离采样电路；当所述直流/直流变换电路为带变压器隔离的变换电路，且所述控制器的地电平为原边地电平时，第二采样电路、第三采样电路为隔离采样电路，驱动电路为隔离驱动电路。
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