CN112260553B - 一种应用于双向变换器的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种应用于双向变换器的控制方法，根据变换器输出功率标幺值Pstar与分界点Pm确定辅助电感切换单元的电感值，使输出功率低的工况电感电流尽可能多地工作于梯形波，从而达到减小包括电感的功率回路内电流有效值的目的，降低通态损耗，提高转换效率，保证双向变换器宽功率范围的高效率。

Description

一种应用于双向变换器的控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子领域，尤其涉及一种应用于双向变换器的控制方法。
背景技术
随着新能源汽车和储能的快速发展，双向电力电子变换器变的越来越重要，双向DC/DC变换器是其中的核心组件。双有源桥变换器具有电气隔离、功率密度高，调压范围宽和软开关等优点，在储能***中得到更大范围的关注。双有源桥变换器在实际工程中，会通过对辅助电感电流有效值、峰值、回流功率等目标进行优化，优化后的电感电流会工作于三角波、梯形波等工作模式。一般地优化后的变换器，输出功率低时，辅助电感电流工作于三角波模式，输出高功率时辅助电感工作在梯形波模式。相同的输入输出条件下（即相同输入电压、输出电压、输出电流），三角波模式的辅助电感电流有效值会大于梯形波模式，故而效率偏低。
发明内容
本发明提出一种对双向变换器的辅助电感进行切换的控制方法，通过切换辅助电感，使输出功率低的工况尽可能多地工作于梯形波模式，从而提高变换器低功率段的变换效率，保证双向变换器宽功率范围的高效率。
本发明的双有源桥变换器切换辅助电感的电路，包括第一桥式单元、第二桥式单元、辅助电感切换单元，第一滤波电容Cin、第二滤波电容Co；第一辅助电感L1是小的辅助电感值，第二辅助电感L2是大的辅助电感值。
变换器根据输出功率标幺值Pstar与分界点Pm确定辅助电感切换单元的电感值，当输出功率标幺值Pstar大于等于Pm时，辅助电感切换单元输出低电感值；当输出功率标幺值Pstar小于分界点Pm时，辅助电感切换单元输出高电感值。其中输出功率标幺值Pstar的计算公式是：
Figure 774868DEST_PATH_IMAGE001
其中输出功率P o =V 2 ·I 2 ，V2为输出电压和I2为输出电流；
基准功率Pbase公式为：
Figure 580757DEST_PATH_IMAGE002
f为变换器的工作频率，V1为输入电压，L1为第一辅助电感，变比k为
Figure 563756DEST_PATH_IMAGE003
。
Pm是第一辅助电感L 1工作于电路时，辅助电感电流工作于三角波模式和梯形波模式分界点对应的功率标幺值。根据回流功率进行优化，k>1时，
Figure 975277DEST_PATH_IMAGE004
；当k<=1时，P m = 2k(1-k)。
本发明的双有源桥变换器切换辅助电感的方法，包括：根据输入侧电压采样电路，计算输入功率的基准值Pbase，根据输出电压和输出电压采样电路，计算输出功率Po，然后计算输出功率标幺值Pstar，比较输出功率标幺值Pstar与分界点Pm，当输出功率标幺值Pstar大于等于Pm时，辅助电感切换为低电感值；当输出功率标幺值Pstar小于分界点Pm时，辅助电感切换为高电感值。
本发明提出的对双向变换器的辅助电感进行切换的控制方法，变换器根据输出功率标幺值Pstar与分界点Pm确定辅助电感切换单元的电感值，使输出功率低的工况尽可能多地工作于梯形波模式，从而提高变换器低功率段的变换效率，保证双向变换器宽功率范围的高效率。
附图说明
图1 是双有源桥切换辅助电感的电路；
图2 是双有源桥辅助电感电流波形；
图3 是双有源桥整体控制框图；
图4双有源桥切换辅助电感策略流程图。
具体实施方式
为了实现本发明的技术方案，让更多的工程人员了解到本发明，下面将结合具体实施方式和控制方案，双向变换器通过对辅助电感的切换，宽功率范围实现高效率。
请参阅图1，本发明公开了一种双有源桥切换辅助电感的电路，包括第一桥式单元、第二桥式单元、第一辅助电感L1、第二辅助电感L2，第一滤波电容Cin、第二滤波电容Co、单刀双掷开关K1。双有源桥辅助电感电流波形如图2所示。
具体地， 第一桥式单元包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3以及第四开关管Q4，第一开关管Q1的一端以及第二开关管的Q2的一端A点与单刀双掷开关K1的一端相连，第一辅助电感L1和第二辅助电感L2的一端和单刀双掷开关K1的另一端相连，第一辅助电感L1和第二辅助电感L2的另一端共同和变压器T1高压侧线圈一端连接，第三开关管Q3的一端以及第四开关管Q4的一端均与变压器T1高压侧线圈的另一端点B连接，第一开关管Q1的另一端与第三开关管Q3的另一端均与第一滤波电容Cin的一端相连，第二开关管Q2的另一端与第四开关管Q4的另一端均与第一滤波电容Cin的另一端连接。
具体地，第二桥式单元包括第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7以及第八开关管Q8，第五开关管Q5的一端以及第六开关管的Q6的一端C点与和变压器T1低压侧线圈一端连接，第七开关管Q7的一端以及第八开关管Q8的一端均与变压器T1低压侧线圈的另一端D连接，第五开关管Q5的另一端与第七开关管Q7的另一端均与第二滤波电容Co的一端相连，第六开关管Q6的另一端与第八开关管Q8的另一端均与第二滤波电容Co的另一端连接。
具体地，第一辅助电感L1是小的辅助电感值，第二辅助电感L2是大的辅助电感值。双有源桥的整体的控制框图如图3。
本发明运算器中具体切换辅助电感方法的步骤如下：控制器中通过输入侧电压采样电路，软件中计算输入功率的基准值Pbase：
Figure 865348DEST_PATH_IMAGE002
输入功率基准值是由V 1、L 1、f参数决定。根据输出电压和输出电压采样电路，计算输出功率P o，其中P o =V 2 ·I 2 。变比k为
Figure 172964DEST_PATH_IMAGE003
。
进一步计算输出功率标幺值P star:
Figure 767893DEST_PATH_IMAGE001
Pm是第一辅助电感L 1工作于电路时，辅助电感电流工作于三角波模式和梯形波模式分界点对应的功率标幺值。根据回流功率进行优化，k>1时，
Figure 714596DEST_PATH_IMAGE004
；当k<=1时，P m =2k(1-k)。采用不同的优化方法，Pm的取值不相同。
软件中根据输出功率标幺值Pstar与分界点Pm进行判断，当输出功率的标幺值Pstar大于等于Pm时，K1和第一辅助电感L1相接。当输出功率的标幺值Pstar小于分界点Pm的时候，K1和第二辅助电感L2相连接，能够满足宽功率范围高效率的需求。步骤的具体流程图如图4。
双有源桥切换辅助电感的控制策略，不仅可以通过直接切换，也可以采用短路电感的方法等进行实现。
上述实施方式仅是示例性的示出本发明，并不企图限制本发明。另外对于没有详细描述的步骤属于本领域技术人员熟知的技术内容。对于涵盖在本发明构思内的相应的变换和更改均在本发明范围内。

Claims (4)

1.一种双有源桥变换器的控制方法，其特征在于，包括：
根据输入侧电压采样电路，计算输入功率的基准值Pbase，
根据输出电压和输出电压采样电路，计算输出功率Po，
然后计算输出功率标幺值Pstar，
比较输出功率标幺值Pstar与分界点Pm，当输出功率标幺值Pstar大于等于Pm时，辅助电感切换为低电感值；当输出功率标幺值Pstar小于分界点Pm时，辅助电感切换为高电感值；
其中，所述辅助电感包括第一辅助电感L1、第二辅助电感L2以及单刀双掷开关K1，所述第一辅助电感L1与第二辅助电感L2相互并联且与所述单刀 双掷开关K1串联，所述单刀双掷开关K1选择低辅助电感值的所述第一辅助电感L1或者选择高电感值的所述第二辅助电感L2作为所述辅助电感，所述Pm是第一辅助电感L1工作于电路时，辅助电感的电流工作于三角波模式和梯形波模式分界点对应的功率标幺值，当所述输出低功率时，所述辅助电感电流工作于三角波模式，当所述输出功率高时辅助电感电流工作在梯形波模式，当输出功率标幺值Pstar小于分界点Pm且所述辅助电感工作于高电感值时，所述辅助电感电流自三角波模式切换为梯形波模式，
其中，输出功率标幺值Pstar的计算公式是：
Figure FDF0000013890380000011
其中输出功率Po＝V2·I2，V2为输出电压，I2为输出电流；
基准功率Pbase公式为：
Figure FDF0000013890380000012
f为变换器的工作频率，V1为输入电压，L1为第一辅助电感，变比k为
Figure FDF0000013890380000013
根据回流功率进行优化，k>1时，
Figure FDF0000013890380000014
当k<＝1时，Pm＝2k(1-k)。
2.如权利要求1所述的双有源桥变换器的控制方法，其特征在于，其中辅助电感切换通过直接切换电感方式实现。
3.如权利要求1所述的双有源桥变换器的控制方法，其特征在于，其中辅助电感切换通过短路电感方式实现。
4.如权利要求1所述的双有源桥变换器的控制方法，其特征在于，第一辅助电感L1小于第二辅助电感L2电感值。
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