CN112260540A - 一种谐振直流变换器并联均流方法及*** - Google Patents

一种谐振直流变换器并联均流方法及*** Download PDF

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Abstract

本公开提供了一种谐振直流变换器并联均流方法及***，所述方法包括以下步骤：获取谐振直流变换器并联***的半周期内运行状态数据；根据获取的运行状态数据，通过控制各个谐振直流变换器的谐振电容电压等效峰值相同，进行各个谐振直流变换器的均流控制；本公开以参考谐振直流变换器为基准，计算各谐振直流变换器均流误差，产生均流补偿移相角，与控制量叠加生成各谐振直流变换器的PWM驱动信号，实现方式简单灵活，可拓展性强，适用于任意N个谐振变换器并联场景。

Description

一种谐振直流变换器并联均流方法及***
技术领域
本公开涉及谐振直流变换器技术领域，特别涉及一种谐振直流变换器并联均流方法及***。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
谐振直流变换器具有软开关工作状态，效率高，电磁兼容性好，广泛应用于电动汽车充电***。然而，随着对充电功率和电流的需求越来越大，受制于器件容量、散热能力等条件，单个谐振变换器独自应用已难以满足需求，需采用多个谐振变换器模块交错并联方案来提升功率等级，减小输入和输出电流纹波，降低滤波电容数量。
然而，在实际应用过程中常存在器件参数不一致，导致模块间负载不平衡，恶化输出电流纹波，降低***运行可靠性，甚至使模块过热损坏，安全性变差。必须发明谐振变换器多模块并联均流控制策略，使各模块均衡承担负载功率，从而提升***运行的性能。
本公开发明人发现，并联均流控制策略主要包含模块间不均流参数检测和控制量补偿两部分。其中如何量化地表征模块的不均流程度直接制约着均流补偿效果。已有方案中，通过检测各模块的输出负载电流来计算不均流程度的方法因并联连接点位于各自输出滤波电容之后，而无法实现模块间交错并联，难以缩减输出电容数量；也有方案检测各模块二次侧的整流输出电流，但该脉动电流频率高、幅度大，无论采用电流互感器还是分流器测量，均会影响电路，成本高、准确性低。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种谐振直流变换器并联均流方法及***，以参考谐振直流变换器为基准，计算各谐振直流变换器均流误差，产生均流补偿移相角，与控制量叠加生成各谐振直流变换器的PWM驱动信号，实现方式简单灵活，可拓展性强，适用于任意N个谐振变换器并联场景。
为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
本公开第一方面提供了一种谐振直流变换器并联均流方法。
一种谐振直流变换器并联均流方法，包括以下步骤：
获取谐振直流变换器并联***的半周期内运行状态数据；
根据获取的运行状态数据，通过控制各个谐振直流变换器的谐振电容电压等效峰值相同，进行各个谐振直流变换器的均流控制。
作为可能的一些实现方式，当各谐振直流变换器开关频率相同时，具体控制方式如下：
参考谐振直流变换器输出电压经采样并与参考电压比较后，产生电压差值，经PI补偿后产生控制量用于生成参考谐振直流变换器的PWM驱动信号；
获取各谐振直流变换器谐振电压峰值，将剩余各谐振直流变换器的谐振电压等效峰值分别与参考谐振直流变换器等效峰值比较，取差值并经PI补偿，分别生成剩余各谐振直流变换器的均流补偿移相角；
控制量与均流补偿移相角综合后传递给驱动信号调制模块，产生剩余各谐振直流变换器的PWM驱动信号。
作为可能的一些实现方式，以一个谐振直流变换器的谐振电容电压等效峰值为基准值，各个谐振直流变换器的谐振电容电压等效峰值与基准值的误差小于预设阈值时，判定各个谐振直流变换器均流运行。
作为可能的一些实现方式，半周期内单个谐振变换器输出电流与谐振电容电压等效峰值呈正相关。
作为进一步的限定，谐振电容电压等效峰值为谐振电容实际值和标称值的比例系数与谐振电容电压峰值的乘积。
作为进一步的限定，半周期内单个谐振变换器输出电流为四倍的谐振变换器开关频率、谐振电容与谐振电容电压等效峰值的乘积。
作为可能的一些实现方式，半周期内自谐振网络输出端口流出的电荷均经过谐振电容，当忽略损耗及励磁电流影响时，流经谐振电容的电荷量全部传递至负载。
本公开第二方面提供了一种谐振直流变换器并联均流***。
一种谐振直流变换器并联均流***，包括：
数据获取模块，被配置为：获取谐振直流变换器并联***的半周期内运行状态数据；
均流控制模块，被配置为：根据获取的运行状态数据，通过控制各个谐振直流变换器的谐振电容电压等效峰值相同，进行各个谐振直流变换器的均流控制。
本公开第三方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开第一方面所述的谐振直流变换器并联均流方法中的步骤。
本公开第四方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开第一方面所述的谐振直流变换器并联均流方法中的步骤。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
1、本公开所述的方法、***、介质或电子设备，通过测量谐振电容电压峰值以判断不均流程度，检测准确度高，成本低。
2、本公开所述的方法、***、介质或电子设备，以参考谐振直流变换器为基准，计算各谐振直流变换器均流误差，产生均流补偿移相角，与控制量叠加生成各谐振直流变换器PWM驱动信号，实现方式简单灵活，可拓展性强，适用于任意N个谐振变换器并联场景。
本公开附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为本公开实施例1提供的谐振变换器并联均流控制策略架构示意图。
图2为本公开实施例1提供的两相并联***无均流补偿时的关键波形。
图3为本公开实施例1提供的两相并联***采用基于谐振电容电压峰值的均流补偿控制策略时的关键波形。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1：
如图1所示，本公开实施例1提供了一种谐振直流变换器并联均流方法，包括以下步骤：
获取谐振直流变换器并联***的半周期内运行状态数据；
根据获取的运行状态数据，通过控制各个谐振直流变换器的谐振电容电压等效峰值相同，进行各个谐振直流变换器的均流控制。
具体的，以N个串联谐振变换器并联***为例。
定义各串联谐振变换器分别为A、B至N；
半周期内，单个谐振变换器开关频率为fs，输出电流为Iout，则输出电荷量：
Figure BDA0002731849490000051
半周期内自谐振网络输出端口流出的电荷均会经过谐振电容Cr，该部分电荷量定义为QCr。忽略损耗及励磁电流影响，认为流经谐振电容的电荷量全部传递至负载，即Qout＝QCr。定义k为谐振电容实际值与标称值的比例系数，VCrp为谐振电容电压峰值，则：
QCr＝2kCrVCrp (2)
由此可得，半周期内单个谐振变换器输出电流与谐振电容电压存在如下关系
Iout＝4fsCrkVCrp (3)
根据该公式可知，对于多个谐振变换器并联交错***，如果能控制各谐振电容电压等效峰值kVCrp相等，则可保证各串联谐振变换器的均流运行。
定义kA、kB、kN等分别为各串联谐振变换器谐振电容实际值与标称值的比例系数,该值由通常器件厂商提供，一般为1±5％或1±1％，VCrpA、VCrpB、VCrpN分别为实际测量得到的谐振电容电压峰值。
串联谐振变换器B至N相对于参考串联谐振变换器A的均流误差可计算如下：
eB＝kBVCrpB-kAVCrpA (4)
···
eN＝kNVCrpN-kAVCrpA (5)
根据公式(4)和公式(5)可知，只要保证差值e在允许范围之内，即认为各串联谐振变换器均流运行。
基于谐振电容电压峰值的均流补偿策略的控制架构如图1所示。
以“串联谐振变换器”为例，各串联谐振变换器开关频率相同，通过增加均流补偿环节，为各非参考串联谐振变换器增加补偿移相角即可实现各串联谐振变换器间的均流。
参考串联谐振变换器A输出电压Vo经采样并与参考电压Vref比较后，产生电压差值，经PI补偿后产生控制量D用于生成串联谐振变换器A的PWM驱动信号GA；
与此同时，通过峰值检测电路单元m测量各串联谐振变换器谐振电压峰值VCrpA、VCrpB、VCrpN，将其余各串联谐振变换器的谐振电压峰值分别于参考串联谐振变换器峰值相比较，取其差值，经PI补偿，分别生成其余各串联谐振变换器的均流补偿移相角；
控制量D与均流补偿移相角综合后传递给驱动信号调制模块，可产生其余各串联谐振变换器PWM驱动信号。
以两串联谐振变换器并联***为例，图2和图3分别为无均流补偿和加入了新均流补偿方法的仿真波形，其中左、右两图分别为轻、重载工况时的谐振电容电压vCrA、vCrB及其峰值VCrpA、VCrpB。如图所示，无均流控制策略时，并联***两相之间存在严重的不均流现象。显然，所提出的均流控制策略能够有效解决谐振变换器并联不均流问题。
实施例2：
本公开实施例2提供了一种谐振直流变换器并联均流***，包括：
数据获取模块，被配置为：获取谐振直流变换器并联***的半周期内运行状态数据；
均流控制模块，被配置为：根据获取的运行状态数据，通过控制各个谐振直流变换器的谐振电容电压等效峰值相同，进行各个谐振直流变换器的均流控制。
所述***的工作方法与实施例1提供的谐振直流变换器并联均流方法相同，这里不再赘述。
实施例3：
本公开实施例3提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开实施例1所述的谐振直流变换器并联均流方法中的步骤，所述步骤为：
获取谐振直流变换器并联***的半周期内运行状态数据；
根据获取的运行状态数据，通过控制各个谐振直流变换器的谐振电容电压等效峰值相同，进行各个谐振直流变换器的均流控制。
详细步骤与实施例1提供的谐振直流变换器并联均流方法相同，这里不再赘述。
实施例4：
本公开实施例4提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开实施例1所述的谐振直流变换器并联均流方法中的步骤，所述步骤为：
获取谐振直流变换器并联***的半周期内运行状态数据；
根据获取的运行状态数据，通过控制各个谐振直流变换器的谐振电容电压等效峰值相同，进行各个谐振直流变换器的均流控制。
详细步骤与实施例1提供的谐振直流变换器并联均流方法相同，这里不再赘述。
本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本公开可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种谐振直流变换器并联均流方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取谐振直流变换器并联***的半周期内运行状态数据；
根据获取的运行状态数据，通过控制各个谐振直流变换器的谐振电容电压等效峰值相同，进行各个谐振直流变换器的均流控制。
2.如权利要求1所述的谐振直流变换器并联均流方法，其特征在于，当各谐振直流变换器开关频率相同时，具体控制方式如下：
参考谐振直流变换器输出电压经采样并与参考电压比较后，产生电压差值，经PI补偿后产生控制量用于生成参考谐振直流变换器的PWM驱动信号；
获取各谐振直流变换器谐振电压峰值，将剩余各谐振直流变换器的谐振电压等效峰值分别与参考谐振直流变换器等效峰值比较，取差值并经PI补偿，分别生成剩余各谐振直流变换器的均流补偿移相角；
控制量与均流补偿移相角综合后传递给驱动信号调制模块，产生剩余各谐振直流变换器的PWM驱动信号。
3.如权利要求1所述的谐振直流变换器并联均流方法，其特征在于，以一个谐振直流变换器的谐振电容电压等效峰值为基准值，各个谐振直流变换器的谐振电容电压等效峰值与基准值的误差小于预设阈值时，判定各个谐振直流变换器均流运行。
4.如权利要求1所述的谐振直流变换器并联均流方法，其特征在于，半周期内单个谐振变换器输出电流与谐振电容电压等效峰值呈正相关。
5.如权利要求4所述的谐振直流变换器并联均流方法，其特征在于，谐振电容电压等效峰值为谐振电容实际值和标称值的比例系数与谐振电容电压峰值的乘积。
6.如权利要求4所述的谐振直流变换器并联均流方法，其特征在于，半周期内单个谐振变换器输出电流为四倍的谐振变换器开关频率、谐振电容与谐振电容电压等效峰值的乘积。
7.如权利要求1所述的谐振直流变换器并联均流方法，其特征在于，半周期内自谐振网络输出端口流出的电荷均经过谐振电容，当忽略损耗及励磁电流影响时，流经谐振电容的电荷量全部传递至负载。
8.一种谐振直流变换器并联均流***，其特征在于，包括：
数据获取模块，被配置为：获取谐振直流变换器并联***的半周期内运行状态数据；
均流控制模块，被配置为：根据获取的运行状态数据，通过控制各个谐振直流变换器的谐振电容电压等效峰值相同，进行各个谐振直流变换器的均流控制。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的谐振直流变换器并联均流方法中的步骤。
10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7任一项所述的谐振直流变换器并联均流方法中的步骤。
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