CN115714537B - 功率变换器、控制方法和电源变换*** - Google Patents
功率变换器、控制方法和电源变换*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明实施例公开了一种功率变换器、控制方法和电源变换***。功率变换器包括多级并联的独立DC/DC变换模块,多级并联的独立DC/DC变换模块中包括至少一从模块;从模块包括:第一通信模块,用于获取功率变换器的目标输出电压、需要启动的独立DC/DC变换模块数量和电流限幅值;第一输出电流采样模块,用于获取从模块的输出电流值;第一电感电流采样模块,用于获取从模块的电感电流值;均流控制模块,用于根据目标输出电压、需要启动的独立DC/DC变换模块数量、电流限幅值、从模块的输出电流值和从模块的电感电流值调整从模块中至少一开关管的驱动信号占空比,以使从模块的输出电流等于电流限幅值。
Description
技术领域
本发明实施例涉及功率变换器控制技术领域,尤其涉及一种功率变换器、控制方法和电源变换***。
背景技术
目前采用多个DC-DC变换器并联的方式设计供电电路,对DC-DC变换器的控制策略主要有两种。一种实现方式中,可以设置一个统一的主控单元,主控单元可以根据***电流的大小自动控制一个或多个DC-DC变换器投入运行,完成直流输入电源的转换任务。例如,主控单元可以根据***电流的大小,将***电流分摊到多个DC-DC变换器上。这种情况下,由于仅主控单元具有MCU,每个DC-DC变换器必须在主控单元的控制下运行,无法独立工作,***灵活度低。
另一种实现方式中,采用多个DC-DC变换器芯片并联的方式设计供电电路,但是需要采样模块采集多路并联的DC-DC变换器总输入端或总输出端的电压或电流,再根据电压或电流信号对每个DC-DC变换器进行控制。这种方式尽管可以实现每个DC-DC变换器之间的均流,但是每一DC-DC变换器依赖于总输入端或总输出端的电压或电流进行控制,当将每个DC-DC变换器拆开使用时就无法采样获得总输入端或总输出端的电压或电流,因此仍然无法独立工作,难以充分发挥多DC-DC变换器并联的优势。另外,该控制策略需要采样模块采集多路并联的DC-DC变换器总输入端或总输出端的电压或电流,增加了额外的硬件成本。
前面的叙述在于提供一般的背景信息,并不一定构成现有技术。
发明内容
本发明实施例提供一种功率变换器、控制方法和电源变换***,其无需对总输入端或总输出端的电压或电流进行采样即可实现每个独立DC/DC变换模块的独立控制,保留了各个独立DC/DC变换模块可拆分单独使用的优势,减少各个DC/DC变换模块之间的冗余,降低了功率变换器的硬件成本。
为此,第一方面,本发明实施例提供了一种功率变换器,包括多级并联的独立DC/DC变换模块,所述多级并联的独立DC/DC变换模块中包括至少一从模块;所述从模块包括:
第一通信模块,用于获取所述功率变换器的目标输出电压、需要启动的独立DC/DC变换模块数量和电流限幅值;
第一输出电流采样模块,用于获取所述从模块的输出电流值;
第一电感电流采样模块,用于获取所述从模块的电感电流值;
均流控制模块,用于根据所述目标输出电压、所述需要启动的独立DC/DC变换模块数量、所述电流限幅值、所述从模块的输出电流值和所述从模块的电感电流值调整所述从模块中至少一开关管的驱动信号占空比,以使所述从模块的输出电流等于所述电流限幅值。
可选地,所述均流控制模块包括:
第一电压外环控制单元,用于根据所述目标输出电压、所述需要启动的独立DC/DC变换模块数量和所述从模块的输出电流值确定第一电流参考值;
第一限幅单元,用于根据所述电流限幅值对所述第一电流参考值进行处理后确定第一电流限幅参考值;
第一电流内环控制单元,用于根据所述第一电流限幅参考值和所述从模块的电感电流值确定所述从模块中至少一开关管的驱动信号占空比。
可选地,所述第一电压外环控制单元,用于以所述从模块的输出电流值作为负反馈量,对其与所述目标输出电压和所述需要启动的独立DC/DC变换模块的数量的比值之间的差值进行PI调节,确定所述第一电流参考值;
所述第一电流内环控制单元,用于以所述从模块的电感电流值作为负反馈量,对其与所述第一电流限幅参考值之间的差值进行PI调节,确定所述从模块中至少一开关管的驱动信号占空比。
可选地,所述多级并联的独立DC/DC变换模块中还包括与所述至少一从模块并联的主模块;所述主模块包括:
第二通信模块,用于获取所述功率变换器的目标输出电压和所述电流限幅值;
第一输出电压采样模块,用于获取所述主模块的输出电压值;
第二电感电流采样模块,用于获取所述主模块的电感电流值;
稳压控制模块,用于根据所述目标输出电压、所述电流限幅值、所述主模块的输出电压值和所述主模块的电感电流值调整所述主模块中至少一开关管的驱动信号占空比,以使所述主模块的输出电压等于所述目标输出电压。
可选地,所述稳压控制模块包括:
第二电压外环控制单元,用于根据所述目标输出电压和所述主模块的输出电压值确定第二电流参考值;
第二限幅单元,用于根据所述电流限幅值对所述第二电流参考值进行处理后确定第二电流限幅参考值;
第二电流内环控制单元,用于根据所述第二电流限幅参考值和所述主模块的电感电流值确定所述主模块中至少一开关管的驱动信号占空比。
可选地,所述第二电压外环控制单元,用于以所述主模块的输出电压值作为负反馈量,对其与所述目标输出电压之间的差值进行PI调节,确定所述第二电流参考值;
所述第二电流内环控制单元,用于以所述主模块的电感电流值作为负反馈量,对其与所述第二电流限幅参考值之间的差值进行PI调节,确定所述主模块中至少一开关管的驱动信号占空比。
可选地,每个所述独立DC/DC变换模块对应的所述电流限幅值相同;
当所述需要启动的独立DC/DC变换模块数量为1时,所述电流限幅值等于所述独立DC/DC变换模块允许的最大电流值;
当所述需要启动的独立DC/DC变换模块数量大于1时,所述电流限幅值等于目标输出功率/(所述目标输出电压*所述需要启动的独立DC/DC变换模块数量)。
可选地,根据所述目标输出功率和所述独立DC/DC变换模块的额定功率确定所述需要启动的独立DC/DC变换模块数量。
第二方面,本发明实施例还提供了一种功率变换器的控制方法,所述功率变换器包括多级并联的独立DC/DC变换模块,所述多级并联的独立DC/DC变换模块中包括至少一从模块;所述控制方法,包括:
每个所述从模块接收上位机配置的所述功率变换器的目标输出电压、需要启动的独立DC/DC变换模块数量和电流限幅值;
每个所述从模块获取所述从模块的输出电流值和所述从模块的电感电流值;
每个所述从模块根据所述目标输出电压、所述需要启动的独立DC/DC变换模块数量、所述电流限幅值、所述从模块的输出电流值和所述从模块的电感电流值调整所述从模块中至少一开关管的驱动信号占空比,以使所述从模块的输出电流等于所述电流限幅值。
第三方面,本发明实施例还提供了一种电源变换***,包括:电池、功率变换器和负载,所述功率变换器被配置为执行本发明任意实施例提出的控制方法,以使所述电池通过所述功率变换器为所述负载提供能量。
如上所述,本发明实施例公开的功率变换器是由多级独立DC/DC变换模块并联形成的,多级并联的独立DC/DC变换模块中包括至少一个从模块,从模块包括可以获取功率变换器的目标输出电压、需要启动的独立DC/DC变换模块数量和电流限幅值的第一通信模块,可以获取从模块的输出电流值的第一输出电流采样模块,可以获取从模块的电感电流值的第一电感电流采样模块,以及可以根据目标输出电压、需要启动的独立DC/DC变换模块数量、电流限幅值、从模块的输出电流值和从模块的电感电流值调整从模块中至少一开关管的驱动信号占空比,以使从模块的输出电流等于电流限幅值的均流控制模块。由此可知,每一从模块无需对总输入端或总输出端的电压或电流进行采样就可以独立调节控制自身的输出电流,减少了各个独立DC/DC变换模块之间的冗余,从而使多级独立DC/DC变换模块并联的功率变换器的每一独立DC/DC变换模块均可拆分单独使用。相比于现有技术的功率变换器中的DC/DC变换模块,本方案的独立DC/DC变换模块对自身输出电流进行调整控制的过程中,无需对功率变换器总的输出电流或电压进行采样,因此无需设计功率变换器采样总电流或电压的相关功能模块,从而降低设计功率变换器的硬件成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例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为本发明实施例提供的一种功率变换器的结构示意图;
图2为本发明实施例提供的另一种功率变换器的结构示意图;
图3为本发明实施例提供的一种从模块的结构示意图;
图4为本发明实施例提供的一种四开关Buck-Boost功率变换模块的电路图;
图5为本发明实施例提供的另一种从模块的结构示意图;
图6为本发明实施例提供的一种主模块的结构示意图;
图7为本发明实施例提供的另一种主模块的结构示意图;
图8为本发明实施例提供了一种功率变换器的控制方法的流程示意图;
图9为本发明实施例提供的一种功率变换器中每个从模块的控制流程示意图;
图10为本发明实施例提供了另一种功率变换器的控制方法的流程示意图;
图11为本发明实施例提供的一种功率变换器中主模块的控制流程示意图;
图12为本发明实施例提供了另一种功率变换器的控制方法的流程示意图;
图13为本发明实施例提供的一种功率变换器的总电流输出示意图;
图14为本发明实施例提供的一种主/从模块的电流输出示意图;
图15为本发明实施例提供的一种电源变换***的结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明,其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时,除非另有表示,不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反,它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
需要说明的是,在本文中,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、物品或者装置不仅包括那些要素,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、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。应当进一步理解,如同在本文中所使用的,单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式,除非上下文中有相反的指示。再者,本文中使用的术语“或”、“和/或”、“包括以下至少一个”等可被解释为包括性的,或意味着任一个或任何组合。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时,才会出现该定义的例外。
应当理解,尽管在本文可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种参数或模块,但这些参数或模块不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的参数或模块彼此区分开。例如,在不脱离本文范围的情况下,第一参数也可以被称为第二参数,类似地,第二参数也可以被称为第一参数。取决于语境,如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地,取决于语境,短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。此外,本申请不同实施例中具有同样命名的部件、特征、要素可能具有相同含义,也可能具有不同含义,其具体含义需以其在该具体实施例中的解释或者进一步结合该具体实施例中上下文进行确定。
应该理解,虽然本申请实施例中的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示,但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明,这些步骤的执行并没有严格的顺序限制,其可以以其他的顺序执行。而且,图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段,这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成,而是可以在不同的时刻执行,其执行顺序也不必然是依次进行,而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请的权利范围。
图1为本发明实施例提供的一种功率变换器的结构示意图,图2为本发明实施例提供的另一种功率变换器的结构示意图,图3为本发明实施例提供的一种从模块的结构示意图,参考图1-图3,功率变换器01包括多级并联的独立DC/DC变换模块100,多级并联的独立DC/DC变换模块100中包括至少一从模块110;从模块110包括:第一通信模块111,用于获取功率变换器01的目标输出电压、需要启动的独立DC/DC变换模块数量和电流限幅值;第一输出电流采样模块112,用于获取从模块110的输出电流值;第一电感电流采样模块113,用于获取从模块110的电感电流值;均流控制模块114,用于根据目标输出电压、需要启动的独立DC/DC变换模块数量、电流限幅值、从模块110的输出电流值和从模块110的电感电流值调整从模块110中至少一开关管的驱动信号占空比,以使从模块110的输出电流等于电流限幅值。
本实施例中,功率变换器01是由多个独立DC/DC变换模块100并联连接组成,功率变换器01可以将输入电力转换为其他类型电力的设备,例如,将具有第一电压的直流电转换为具有第二电压的直流电,第二电压可以大于或小于第一电压。多个独立DC/DC变换模块100可以在并联使用模式下联合调整功率变换器01的输出功率,通过投入数量更多的独立DC/DC变换模块100进入并联工作状态,可以使得功率变换器01具有更大的变换功率,以满足特定应用场合中对不同功率变换的需求。同时,功率变换器01中的每一独立DC/DC变换模块100具有可拆分单独使用的优势,即每个独立DC/DC变换模块100可以拆开后在独立使用模式下单独作为功率变换器01而工作,由此可以扩宽独立DC/DC变换模块100的应用场景和使用灵活度。在一些特定应用场景中,用户存在增大电能变换功率、提高电能变换稳定性的需求。以太阳能控制器为例,假设原本的光伏面板的功率为500W,用户可以仅使用一个500W的独立DC/DC变换模块100来进行功率变换;随后用户增加了新的光伏面板使得***功率变为800W,此时用户可以再增加一个500W的独立DC/DC变换模块100与前一个独立DC/DC变换模块100并联构成1000W的功率变换器01来进行功率变换。由此,每个独立DC/DC变换模块100可以保持独立工作和控制的灵活性,同时又能支持并联使用以满足不同的功率变换需求。需要说明的是,本实施例中所称的多级独立DC/DC变换模块100并联可以是输入并联输出并联(input-parallel-output-parallel,IPOP)、输入串联输出并联(input-series-output-parallel,ISOP)或者输入并联输出串联(input-parallel-output-series,IPOS),优选地,本实施例中的多级独立DC/DC变换模块100按照输入并联输出并联(input-parallel-output-parallel,IPOP)的方式级联构成功率变换器01。
可选地,多级并联的独立DC/DC变换模块100中可以包括任意多个从模块110并联来增大功率变换器01的总输出功率。其中,多级并联的独立DC/DC变换模块100中的每一从模块110均可以独立控制并调整自身输出电流大小,使多级并联的独立DC/DC变换模块100中的从模块110具有可拆分单独使用的优势,从而扩宽了独立DC/DC变换模块100的应用场景。优选地,功率变换器01中的所有独立DC/DC变换模块100的输出电流被控制为相同,即每一独立DC/DC变换模块100输出的电流是均衡的,由此可以使每一独立DC/DC变换模块100保持近似相同的使用负荷和老化程度,由此延长功率变换器01的寿命。
可选地,多级并联的独立DC/DC变换模块100中设定有至少一主模块120和至少一从模块110,其中主模块120可以是多级并联的独立DC/DC变换模块100中任一独立DC/DC变换模块100,其余的独立DC/DC变换模块100被设定为从模块110。在控制过程中,每一从模块110用于调整各个独立DC/DC变换模块100的输出电流均衡,主模块120用于控制稳定直流母线的输出电压。
本实施例中,每一从模块110均包括第一通信模块111、第一输出电流采样模块112、第一电感电流采样模块113、均流控制模块114和第一功率变换模块115。第一通信模块111、第一输出电流采样模块112以及第一电感电流采样模块113均与均流控制模块114连接。第一输出电流采样模块112以及第一电感电流采样模块113还与第一功率变换模块115连接,用于获取第一功率变换模块115的参数。均流控制模块114的输出端与第一功率变换模块115连接,用于输出驱动信号至第一功率变换模块115。
第一功率变换模块115为DC/DC功率变换电路,如Buck电路、Boost电路、Buck-Boost电路、Cuk电路或者Sepic电路等,作为共同的特点,DC/DC功率变换电路中包括有至少一开关管和电感。优选地,为了适用于更宽的母线输入电压范围,本实施例中的DC/DC功率变换电路采用Buck-Boost电路。更优选地,本实施例中的DC/DC功率变换电路采用四开关Buck-Boost功率变换电路。图4为本发明实施例提供的一种四开关Buck-Boost功率变换电路的电路图,如图4所示,四开关Buck-Boost功率变换电路至少包括第一电容C1、第一开关管S1、第二开关管S2、电感L、第三开关管S3、第四开关管S4和第二电容C2,第一电容C1上的电压为输入电压,第一电容C1、第一开关管S1、第二开关管S2形成串联回路,第三开关管S3、第四开关管S4、第二电容C2形成串联回路,第二电容C2上的电压为输出电压,第二开关管S2、电感L、第三开关管S3形成串联回路。
第一输出电流采样模块112可以为电流采样电路或电流传感器,其用于采集所述从模块110的输出电流值;具体地,第一输出电流采样模块112与第一功率变换模块115连接,用于采集第一功率变换模块115的输出电流;更具体地,当第一功率变换模块115为四开关Buck-Boost功率变换电路时,第一输出电流采样模块112可以采样所述第二电容C2输出端的电流值。
第一电感电流采样模块113可以为电流采样电路或电流传感器,其用于采集所述从模块110的电感电流值;具体地,第一电感电流采样模块113与第一功率变换模块115连接,用于采集第一功率变换模块115的电感电流;更具体地,当第一功率变换模块115为四开关Buck-Boost功率变换电路时,第一电感电流采样模块113可以采样所述电感L的电流值。
均流控制模块114可以是从模块110的微处理器MCU,其与第一通信模块111、第一输出电流采样模块112以及第一电感电流采样模块113连接,用于根据第一通信模块111、第一输出电流采样模块112以及第一电感电流采样模块113给出的参数来调整从模块110中至少一开关管的驱动信号占空比。具体地,均流控制模块114可以生成具有特定占空比和/或频率的PWM驱动信号并提供给第一功率变换模块115中的至少一个开关管,以使所述开关管按照PWM驱动信号周期性地导通和关断,从而使得从模块110的输出电流发生改变。更具体地,当第一功率变换模块115为四开关Buck-Boost功率变换电路时,第一开关管S1和第三开关管S3可以使用相同的第一PWM驱动信号,而第二开关管S2和第四开关管S4可以使用相同的第二PWM驱动信号,并且第一PWM驱动信号和第二PWM驱动信号互补,使得两组开关管交替导通,由此可以实现第一功率变换模块115的同步整流。
第一通信模块111可以是RS485、蓝牙、CAN总线等模块,其与上位机进行通信,以从上位机中获取功率变换器01的目标输出电压、需要启动的独立DC/DC变换模块数量和电流限幅值。具体地,上位机可以是与功率变换器01互相建立通信连接的控制器,用户可以在控制器上输入需求参数,控制器根据需求参数可以计算出目标输出电压、需要启动的独立DC/DC变换模块数量和电流限幅值,并将这些参数通过通信连接传输给每个从模块110的第一通信模块111。
本实施例中,每一从模块110的具体工作过程为:第一通信模块111与上位机进行信息交互,通过与上位机通信获取功率变换器01的目标输出电压(功率变换器01需要输出的电压,即功率变换器01带载所需的电压)、需要启动的独立DC/DC变换模块数量(即需要启动的主/从模块数量之和)和电流限幅值(每个独立DC/DC变换模块100输出的电流最大值)。第一输出电流采样模块112获取从模块110的输出电流值。第一电感电流采样模块113获取从模块110的电感电流值。均流控制模块114接收第一通信模块111、第一输出电流采样模块112以及第一电感电流采样模块113获取的目标输出电压、需要启动的独立DC/DC变换模块数量、电流限幅值、从模块110的输出电流值和从模块110的电感电流值后,对目标输出电压、需要启动的独立DC/DC变换模块数量、电流限幅值、从模块110的输出电流值和从模块110的电感电流值进行数据处理,以调整从模块110中至少一开关管的驱动信号占空比,从而使从模块110的输出电流等于电流限幅值,并且当每个从模块110的输出电流等于电流限幅值时,由于功率变换器01的总输出电流是固定的,因此主模块120的输出电流也自动趋近于电流限幅值,从而实现功率变换器01中每个并联独立DC/DC变换模块100输出电流的均衡控制。
通过上述每一从模块110的工作过程可知,从模块110无需采样获取功率变换器01总输入端或总输出端的电压或电流,每个独立DC/DC变换模块100之间也不需要进行通信,依靠通信模块和采样模块获取自身的控制参数就可以独立地对自身输出电流进行调整控制,减少了各个独立DC/DC变换模块100之间的冗余,从而使多级独立DC/DC变换模块100并联的功率变换器01的每一独立DC/DC变换模块100均可拆分单独使用。此外,相比于现有技术的功率变换器01中的DC/DC变换模块,本方案的独立DC/DC变换模块100对自身输出电流进行调整控制的过程中,无需对功率变换器01总输入端或总输出端的电压或电流(母线电压或母线电流)进行采样,因此无需设计采样母线电流或母线电压的相关功能模块,可以有效降低设计功率变换器01的硬件成本。
示例性的,在上述实施例的基础上,图5为本发明实施例提供的另一种从模块的结构示意图,如图5所示,均流控制模块114包括:第一电压外环控制单元1141,用于根据目标输出电压、需要启动的独立DC/DC变换模块数量和从模块110的输出电流值确定第一电流参考值;第一限幅单元1142,用于根据电流限幅值对第一电流参考值进行处理后确定第一电流限幅参考值;第一电流内环控制单元1143,用于根据第一电流限幅参考值和从模块110的电感电流值确定从模块110中至少一开关管的驱动信号占空比。
具体地,均流控制模块114包括第一电压外环控制单元1141、第一限幅单元1142、第一电流内环控制单元1143以及从模块驱动信号生成单元1144。其中,第一通信模块111和第一输出电流采样模块112均与第一电压外环控制单元1141连接,第一电压外环控制单元1141和第一通信模块111均与第一限幅单元1142连接,第一限幅单元1142和第一电感电流采样模块113均与第一电流内环控制单元1143连接,第一电流内环控制单元1143与从模块驱动信号生成单元1144连接。
均流控制模块114的具体工作过程为:第一电压外环控制单元1141通过第一通信模块111获取目标输出电压、需要启动的独立DC/DC变换模块数量。第一电压外环控制单元1141通过第一输出电流采样模块112获取从模块110的输出电流值。由此,第一电压外环控制单元1141根据目标输出电压、需要启动的独立DC/DC变换模块数量和从模块110的输出电流值进行数据处理,从而确定第一电流参考值。第一限幅单元1142可以通过第一通信模块111获取电流限幅值,并根据电流限幅值对第一电压外环控制单元1141输出的第一电流参考值进行处理,得到第一电流限幅参考值。例如,当第一电流参考值大于电流限幅值时,第一限幅单元1142对第一电流参考值进行限幅处理,使第一电流参考值等于电流限幅值,从而得到等于电流限幅值的第一电流限幅参考值。当第一电流参考值小于电流限幅值时,第一限幅单元1142对第一电流参考值不作处理,使第一电流参考值等于第一电流限幅参考值。第一电流内环单元获取第一限幅单元1142产生的第一电流限幅参考值和第一电感电流采样模块113采集的从模块110的电感电流值,可以对第一电流限幅参考值和从模块110的电感电流值进行处理得到合适的驱动信号占空比。从模块驱动信号生成单元1144可以根据驱动信号占空比生成具有特定占空比和/或频率的PWM驱动信号并提供给第一功率变换模块115中的至少一个开关管,以使所述开关管按照PWM驱动信号周期性地导通和关断,从而使得从模块110的输出电流发生改变。
可选地,第一电压外环控制单元1141,用于以从模块110的输出电流值作为负反馈量,对其与目标输出电压和需要启动的独立DC/DC变换模块数量的比值之间的差值进行PI调节,确定第一电流参考值;第一电流内环控制单元1143,用于以从模块110的电感电流值作为负反馈量,对其与第一电流限幅参考值之间的差值进行PI调节,确定从模块110中至少一开关管的驱动信号占空比。
根据上述各个功能部件的连接关系,进一步细化每一从模块110的具体工作过程为:第一通信模块111与上位机进行信息交互,通过与上位机通信获取功率变换器01的目标输出电压、需要启动的独立DC/DC变换模块数量和电流限幅值。第一输出电流采样模块112获取从模块110的输出电流值。第一通信模块111将目标输出电压和需要启动的独立DC/DC变换模块数量输出至第一电压外环控制单元1141,第一输出电流采样模块112将从模块110的输出电流值输出至第一电压外环控制单元1141。第一电压外环控制单元1141将接收到的目标输出电压和从模块110的输出电流值除以需要启动的独立DC/DC变换模块数量的比值做差处理,并将得到的差值进行PI调节,得到第一电流参考值。第一通信模块111将电流限幅值输出至第一限幅单元1142,第一电压外环控制单元1141将第一电流参考值输出至第一限幅单元1142,第一限幅单元1142以电流限幅值为标准对第一电流参考值进行限幅得到第一电流限幅参考值(第一电流限幅参考值最大为电流限幅值)。第一电感电流采样模块113可以获取从模块110的电感电流值,第一电感电流采样模块113将从模块110的电感电流值输出至第一电流内环控制单元1143。第一限幅单元1142将第一电流限幅参考值输出至第一电流内环控制单元1143。第一电流内环控制单元1143可以将接收到的第一电流限幅参考值和从模块110的电感电流值做差处理,并将得到的差值进行PI调节,得到从模块110中至少一开关管的驱动信号占空比。从模块驱动信号生成单元1144根据驱动信号占空比生成具有特定占空比和/或频率的PWM驱动信号并提供给第一功率变换模块115中的至少一个开关管,以使所述开关管按照PWM驱动信号周期性地导通和关断,从而控制从模块110的输出电流等于电流限幅值,实现对从模块110输出电流的控制。
示例性的,在上述实施例的基础上,图6为本发明实施例提供的一种主模块的结构示意图,参考图1和图6,独立DC/DC变换模块100还包括与至少一从模块110并联的主模块120;主模块120包括:第二通信模块121,用于获取功率变换器01的目标输出电压和电流限幅值;第一输出电压采样模块122,用于获取主模块120的输出电压值;第二电感电流采样模块123,用于获取主模块120的电感电流值;稳压控制模块124,用于根据目标输出电压、电流限幅值、主模块120的输出电压值和主模块120的电感电流值调整主模块120中至少一开关管的驱动信号占空比,以使主模块120的输出电压等于目标输出电压。
具体地,主模块120主要负责稳定独立DC/DC变换模块100直流母线上的输出电压,从而控制与其并联的从模块110的电压调整值。其中,主模块120包括第二通信模块121、第一输出电压采样模块122、第二电感电流采样模块123、稳压控制模块124和第二功率变换模块125。第二通信模块121、第一输出电压采样模块122以及第二电感电流采样模块123均与稳压控制模块124连接。第一输出电压采样模块122以及第二电感电流采样模块123还与第二功率变换模块125连接,用于获取第二功率变换模块125的参数。稳压控制模块124的输出端与第二功率变换模块125连接,用于输出驱动信号至第二功率变换模块125。
第二功率变换模块125为DC/DC功率变换电路,如Buck电路、Boost电路、Buck-Boost电路、Cuk电路或者Sepic电路等,作为共同的特点,DC/DC功率变换电路中包括有至少一开关管和电感。优选地,为了适用于更宽的母线输入电压范围,本实施例中的DC/DC功率变换电路采用Buck-Boost电路。更优选地,本实施例中的DC/DC功率变换电路采用四开关Buck-Boost功率变换电路。四开关Buck-Boost功率变换电路在上述实施例已介绍,此处不再赘述。
第一输出电压采样模块122可以为电压采样电路或电压传感器,其用于采集主模块120的输出电压值;具体地,第一输出电压采样模块122与第二功率变换模块125连接,用于采集第二功率变换模块125的输出电压;更具体地,继续参考图4,当第二功率变换模块125为四开关Buck-Boost功率变换电路时,第一输出电压采样模块122可以采样所述第二电容C2输出端的电压值。
第二电感电流采样模块123可以为电流采样电路或电流传感器,其用于采集主模块120的电感电流值;具体地,第二电感电流采样模块123与第二功率变换模块125连接,用于采集第二功率变换模块125的电感电流;更具体地,继续参考图4,当第二功率变换模块125为四开关Buck-Boost功率变换电路时,第二电感电流采样模块123可以采样所述电感L的电流值。
稳压控制模块124可以是主模块120的微处理器MCU,其与第二通信模块121、第一输出电压采样模块122以及第二电感电流采样模块123连接,用于根据第二通信模块121、第一输出电压采样模块122以及第二电感电流采样模块123给出的参数来调整主模块120中至少一开关管的驱动信号占空比。具体地,稳压控制模块124可以生成具有特定占空比和/或频率的PWM驱动信号并提供给第二功率变换模块125中的至少一个开关管,以使所述开关管按照PWM驱动信号周期性地导通和关断,从而使得主模块120的输出电压保持稳定。更具体地,继续参考图4,当第二功率变换模块125为四开关Buck-Boost功率变换电路时,第一开关管S1和第三开关管S3可以使用相同的第一PWM驱动信号,而第二开关管S2和第四开关管S4可以使用相同的第二PWM驱动信号,并且第一PWM驱动信号和第二PWM驱动信号互补,使得两组开关管交替导通,由此可以实现第二功率变换模块125的同步稳压。
第二通信模块121可以是RS485、蓝牙、CAN总线等模块,其与上位机进行通信,以从上位机中获取功率变换器01的目标输出电压和电流限幅值。具体地,上位机可以是与功率变换器01互相建立通信连接的控制器,用户可以在控制器上输入需求参数,控制器根据需求参数可以计算出目标输出电压和电流限幅值,并将这些参数通过通信连接传输给主模块120的第二通信模块121。
本实施例中,主模块120的具体工作过程为:第二通信模块121与上位机进行信息通信,通过上位机通信获取功率变换器01的目标输出电压(功率变换器01需要输出的电压,即功率变换器01带载所需的电压)和电流限幅值(每个独立DC/DC变换模块100输出的电流最大值)。第一输出电压采样模块122可以获取主模块120的输出电压值。第二电感电流采样模块123可以获取主模块120的电感电流值。稳压控制模块124可以接收到第二通信模块121、第一输出电压采样模块122以及第二电感电流采样模块123获取的功率变换器01的目标输出电压、电流限幅值、主模块120的输出电压值以及主模块120的电感电流值,并对功率变换器01的目标输出电压、电流限幅值、主模块120的输出电压值以及主模块120的电感电流值进行数据处理,以调整主模块120中至少一开关管的驱动信号占空比,从而使主模块120的输出电压等于目标输出电压,进而实现稳定独立DC/DC变换模块100直流母线上的输出电压等于目标输出电压。
示例性的,在上述实施例的基础上,图7为本发明实施例提供的另一种主模块的结构示意图,如图7所示,稳压控制模块124包括:第二电压外环控制单元1241,用于根据目标输出电压和主模块120的输出电压值确定第二电流参考值;第二限幅单元1242,用于根据电流限幅值对第二电流参考值进行处理后确定第二电流限幅参考值;第二电流内环控制单元1243,用于根据第二电流限幅参考值和主模块120的电感电流值确定主模块120中至少一开关管的驱动信号占空比。
具体地,稳压控制模块124包括第二电压外环控制单元1241、第二限幅单元1242、第二电流内环控制单元1243以及主模块驱动信号生成单元1244。其中,第二通信模块121和第一输出电压采样模块122均与第二电压外环控制单元1241连接,第二通信模块121和第二电压外环控制单元1241均和第二限幅单元1242连接,第二限幅单元1242和第二电感电流采样模块123均与第二电流内环控制单元1243连接,第二电流内环控制单元1243与主模块驱动信号生成单元1244连接。
稳压控制模块124的具体工作过程为:第二电压外环控制单元1241通过第二通信模块121获取目标输出电压。第二电压外环控制单元1241通过第一输出电压采样模块122获取主模块120的输出电压值。由此,第二电压外环控制单元1241根据目标输出电压和主模块120的输出电压值进行数据处理,从而确定第二电流参考值。第二限幅单元1242可以通过第二通信模块121获取电流限幅值,并根据电流限幅值对第二电压外环控制单元1241输出的第二电流参考值进行处理,得到第二电流限幅参考值。例如,当第二电流参考值大于电流限幅值时,第二限幅单元1242对第二电流参考值进行限幅处理,使第二电流参考值等于电流限幅值,从而得到等于电流限幅值的第二电流限幅参考值。当第二电流参考值小于电流限幅值时,第二限幅单元1242对第二电流参考值不作处理,使第二电流参考值等于第二电流限幅参考值。第二电流内环单元获取第二限幅单元1242产生的第二电流限幅参考值和第二电感电流采样模块123采集的主模块120的电感电流值,可以对第二电流限幅参考值和主模块120的电感电流值进行处理,得到驱动信号占空比并将驱动信号转空比输出至主模块驱动信号生成单元1244。主模块驱动信号生成单元1244可以根据驱动信号占空比生成具有特定占空比和/或频率的PWM驱动信号并提供给第二功率变换模块125中的至少一个开关管,以使所述开关管按照PWM驱动信号周期性地导通和关断,从而使得主模块120的输出电压保持稳定。
可选地,第二电压外环控制单元1241,用于以主模块120的输出电压值作为负反馈量,对其与目标输出电压之间的差值进行PI调节,确定第二电流参考值;第二电流内环控制单元1243,用于以主模块120的电感电流值作为负反馈量,对其与第二电流限幅参考值之间的差值进行PI调节,确定主模块120中至少一开关管的驱动信号占空比。
根据上述各个功能部件的连接关系,进一步细化主模块120的具体工作过程为:第二通信模块121与上位机进行信息交互,通过与上位机通信获取功率变换器01的目标输出电压和电流限幅值。第一输出电压采样模块122获取主模块120的输出电压值。第二通信模块121将目标输出电压输出至第二电压外环控制单元1241,第一输出电压采样模块122将主模块120的输出电压值输出至第二电压外环控制单元1241。第二电压外环控制单元1241将主模块120的输出电压值和目标输出电压做差处理,并将得到的差值进行PI调节,得到第二电流参考值。第二通信模块121将电流限幅值输出至第二限幅单元1242,第二电压外环控制单元1241将第二电流参考值输出至第二限幅单元1242,第二限幅单元1242以电流限幅值为标准对第二电流参考值进行限幅,得到第二电流限幅参考值。第二电感电流采样模块123获取主模块120的电感电流值,第二电感电流采样模块123将主模块120的电感电流值输出至第二电流内环控制单元1243。第二限幅单元1242将第二电流限幅参考值输出至第二电流内环控制单元1243。第二电流内环控制单元1243可以将接收到的第二电流限幅参考值和主模块120的电感电流值做差处理,并将得到的差值进行PI调节,得到主模块120中至少一开关管的驱动信号占空比。主模块驱动信号生成单元1244根据驱动信号占空比生成具有特定占空比和/或频率的PWM驱动信号并提供给第二功率变换模块125中的至少一个开关管,以使所述开关管按照PWM驱动信号周期性地导通和关断,从而控制主模块120的输出电压等于目标输出电压,实现稳定独立DC/DC变换模块100直流母线上的输出电压稳定于目标输出电压。
可选地,每个独立DC/DC变换模块对应的电流限幅值相同;当需要启动的独立DC/DC变换模块数量为1时,电流限幅值等于独立DC/DC变换模块允许的最大电流值;当需要启动的独立DC/DC变换模块数量大于1时,电流限幅值等于目标输出功率/(目标输出电压*需要启动的独立DC/DC变换模块数量)。
具体地,当每一独立DC/DC变换模块在独立使用模式下单独调整功率变换器的电流输出时,说明此时需要启动的独立DC/DC变换模块数量为1,每一独立DC/DC变换模块对应的电流限幅值相同,且流限幅值等于独立DC/DC变换模块允许的最大电流值。
当多个独立DC/DC变换模块可以在并联使用模式下联合调整功率变换器的电流输出时,说明此时需要启动的独立DC/DC变换模块数量大于1,每一独立DC/DC变换模块对应的电流限幅值相同,且电流限幅值等于目标输出功率/(目标输出电压*需要启动的独立DC/DC变换模块数量)。
示例性的,根据设计规格以及器件选型限制要求,假设每个DC/DC变换模块的额定电压为30V,额定功率为300W,允许的最大电流值为25A。当需要启动的独立DC/DC变换模块数量为1时,可以通过上位机解除每个从模块以及主模块的电流内环参考值的限幅值限制,此时限幅值即等于允许的最大电流值,DC/DC变换模块独立地进行功率变换,而不受限幅值的约束,除非电流值超过DC/DC变换模块所允许的最大电流值。
示例性的,当需要启动的独立DC/DC变换模块数量大于1时,例如目标输出功率(带载所需功率)为900W,目标输出电压(带载所需电压)为30V,则需要启动的独立DC/DC变换模块数量为900W/300W=3个,并且电流限幅值=900W/(30V*3)=10A,由此可以将每个独立DC/DC变换模块的电流限幅值设定为10A。
可选地,根据目标输出功率和独立DC/DC变换模块的额定功率确定需要启动的独立DC/DC变换模块数量。
具体地,需要启动的独立DC/DC变换模块数量=目标输出功率/独立DC/DC变换模块的额定功率。示例性的,当目标输出功率为900W时,独立DC/DC变换模块的额定功率为300W时,此时需要启动的独立DC/DC变换模块数量为3个。
图8为本发明实施例提供了一种功率变换器的控制方法的流程示意图。其中,功率变换器包括多级并联的独立DC/DC变换模块,多级并联的独立DC/DC变换模块中包括至少一从模块。如图8所示,功率变换器的控制方法具体包括:
S210、每个从模块接收上位机配置的功率变换器的目标输出电压、需要启动的独立DC/DC变换模块数量和电流限幅值。
具体地,从模块包括第一通信模块,第一通信模块可以与上位机进行信息交互,通过与上位机通信可以获取功率变换器的目标输出电压、需要启动的独立DC/DC变换模块数量和电流限幅值。
S220、每个从模块获取从模块的输出电流值和从模块的电感电流值。
具体地,从模块还包括第一输出电流采样模块和第一电感电流采样模块,第一输出电流采样模块可以获取从模块的输出电流值,第一电感电流采样模块可以获取从模块的电感电流值。
S230、每个从模块根据目标输出电压、需要启动的独立DC/DC变换模块数量、电流限幅值、从模块的输出电流值和从模块的电感电流值调整从模块中至少一开关管的驱动信号占空比,以使从模块的输出电流等于电流限幅值。
具体地,从模块还包括均流控制模块,均流控制模块可以根据目标输出电压、需要启动的独立DC/DC变换模块数量、电流限幅值、从模块的输出电流值和从模块的电感电流值调整从模块中至少一开关管的驱动信号占空比,以使从模块的输出电流等于电流限幅值。
如上所述,本发明实施例公开的功率变换器是由多级独立DC/DC变换模块并联形成的,多级并联的独立DC/DC变换模块中包括至少一个从模块,每一从模块可以接收上位机配置的功率变换器的目标输出电压、需要启动的独立DC/DC变换模块数量和电流限幅值;每一从模块还可以获取从模块的输出电流值和从模块的电感电流值,以及每一从模块还可以根据目标输出电压、需要启动的独立DC/DC变换模块数量、电流限幅值、从模块的输出电流值和从模块的电感电流值调整从模块中至少一开关管的驱动信号占空比,以使从模块的输出电流等于电流限幅值的均流控制模块。由此可知,每一从模块无需对总输入端或总输出端的电压或电流进行采样就可以独立调节控制自身的输出电流,减少了各个DC/DC变换模块之间的冗余,从而使多级独立DC/DC变换模块并联的功率变换器的每一独立DC/DC变换模块均可拆分单独使用。相比于现有技术的功率变换器中的DC/DC变换模块,本方案的独立DC/DC变换模块对自身输出电流进行调整控制的过程中,无需对功率变换器总的输出电流或电压进行采样,因此无需设计功率变换器采样总电流或电压的相关功能模块,从而降低设计功率变换器的硬件成本。
示例性的,图9为本发明实施例提供的一种每个从模块根据目标输出电压、需要启动的独立DC/DC变换模块数量、电流限幅值、从模块的输出电流值和从模块的电感电流值调整从模块中至少一开关管的驱动信号占空比的方法的流程示意图,在上述实施例的基础上,对上述方法进一步细化说明:
S310、以从模块的输出电流值作为负反馈量,对其与目标输出电压和需要启动的独立DC/DC变换模块的数量的比值之间的差值进行PI调节,确定第一电流参考值。
具体地,均流控制模块包括第一电压外环控制单元,第一电压外环控制单元将接收到的目标输出电压和从模块的输出电流值除以需要启动的独立DC/DC变换模块的数量的比值做差处理,并将得到的差值进行PI调节,得到第一电流参考值。
S320、根据电流限幅值对第一电流参考值进行处理后确定第一电流限幅参考值。
具体地,均流控制模块还包括第一限幅单元,第一限幅单元以电流限幅值为标准对第一电流参考值进行限幅得到第一电流限幅参考值。
S330、以从模块的电感电流值作为负反馈量,对其与第一电流限幅参考值之间的差值进行PI调节,确定从模块中至少一开关管的驱动信号占空比。
具体地,均流控制模块还包括第一电流内环控制单元,第一电流内环控制单元可以将接收到的第一电流限幅参考值和从模块的电感电流值做差处理,并将得到的差值进行PI调节,得到从模块中至少一开关管的驱动信号占空比,从而使从模块的输出电流等于电流限幅值,进而实现对从模块输出电流的控制。
可选地,多级并联的独立DC/DC变换模块中还包括与至少一从模块并联的主模块。
图10为本发明实施例提供了另一种多功率变换器的控制方法的流程示意图,如图10所示,该方法的具体步骤包括:
S410、每个从模块接收上位机配置的功率变换器的目标输出电压、需要启动的独立DC/DC变换模块数量和电流限幅值。
S420、每个从模块获取从模块的输出电流值和从模块的电感电流值。
S430、每个从模块根据目标输出电压、需要启动的独立DC/DC变换模块数量、电流限幅值、从模块的输出电流值和从模块的电感电流值调整从模块中至少一开关管的驱动信号占空比,以使从模块的输出电流等于电流限幅值。
S440、主模块接收上位机配置的功率变换器的目标输出电压和电流限幅值。
具体地,主模块包括第二通信模块,第二通信模块可以与上位机进行信息交互,通过与上位机通信可以获取功率变换器的目标输出电压和电流限幅值。
S450、主模块获取主模块的输出电压值和主模块的电感电流值。
具体地,主模块还包括第一输出电压采样模块和第二电感电流采样模块,第一输出电压采样模块可以获取主模块的输出电压值,第二电感电流采样模块可以获取主模块的电感电流值。
S460、主模块根据目标输出电压、电流限幅值、主模块的输出电压值和主模块的电感电流值调整主模块中至少一开关管的驱动信号占空比,以使主模块的输出电压等于目标输出电压。
具体地,主模块还包括稳压控制模块,稳压控制模块可以根据目标输出电压、电流限幅值、主模块的输出电压值和主模块的电感电流值调整主模块中至少一开关管的驱动信号占空比,以使主模块的输出电压等于目标输出电压,进而实现稳定独立DC/DC变换模块直流母线上的输出电压等于目标输出电压。
需要说明的是,本实施例中,尽管步骤S410~S430和步骤S440~S460是按照先后顺序描述的,但步骤S410~S430和步骤S440~S460可以是以接近或几乎同时的方式在功率变换器中进行的,并不存在典型的先后顺序。
示例性的,图11为本发明实施例提供的一种主模块根据目标输出电压、电流限幅值、主模块的输出电压值和主模块的电感电流值调整主模块中至少一开关管的驱动信号占空比的方法的流程示意图,在上述实施例的基础上,对上述方法进一步细化说明:
S510、以主模块的输出电压值作为负反馈量,对其与目标输出电压之间的差值进行PI调节,确定第二电流参考值。
具体地,稳压控制模块包括第二电压外环控制单元,第二电压外环控制单元将主模块的输出电压值和目标输出电压做差处理,并将得到的差值进行PI调节,得到第二电流参考值。
S520、根据电流限幅值对第二电流参考值进行处理后确定第二电流限幅参考值。
具体地,稳压控制模块还包括第二限幅单元,第二限幅单元以电流限幅值为标准对第二电流参考值进行限幅,得到第二电流限幅参考值。
S530、以主模块的电感电流值作为负反馈量,对其与第二电流限幅参考值之间的差值进行PI调节,确定主模块中至少一开关管的驱动信号占空比。
具体地,稳压控制模块还包括第二电流内环控制单元,第二电流内环控制单元可以将接收到的第二电流限幅参考值和主模块的电感电流值做差处理,并将得到的差值进行PI调节,得到模块中至少一开关管的驱动信号占空比,从而使主模块的输出电压等于目标输出电压,进而实现稳定独立DC/DC变换模块直流母线上的输出电压等于目标输出电压。
图12为本发明实施例提供了另一种功率变换器的控制方法的流程示意图,如图12所示,该方法的具体步骤包括:
S610、上位机获取用户输入的目标输出功率和目标输出电压。
S620、上位机根据目标输出功率和独立DC/DC变换模块的额定功率确定需要启动的独立DC/DC变换模块数量;同时执行S630和S660。
S630、每个从模块接收上位机配置的功率变换器的目标输出电压、需要启动的独立DC/DC变换模块数量和电流限幅值。
S640、每个从模块获取从模块的输出电流值和从模块的电感电流值。
S650、每个从模块根据目标输出电压、需要启动的独立DC/DC变换模块数量、电流限幅值、从模块的输出电流值和从模块的电感电流值调整从模块中至少一开关管的驱动信号占空比,以使从模块的输出电流等于电流限幅值。
S660、主模块接收上位机配置的功率变换器的目标输出电压和电流限幅值。
S670、主模块获取主模块的输出电压值和主模块的电感电流值。
S680、主模块根据目标输出电压、电流限幅值、主模块的输出电压值和主模块的电感电流值调整主模块中至少一开关管的驱动信号占空比,以使主模块的输出电压等于目标输出电压。
需要说明的是,本实施例中,尽管步骤S630~S650和步骤S660~S680是按照先后顺序描述的,但步骤S630~S650和步骤S660~S680可以是以接近或几乎同时的方式在功率变换器中进行的,并不存在典型的先后顺序。
在上述实施例的基础上,可选地,每个独立DC/DC变换模块对应的电流限幅值相同;当需要启动的独立DC/DC变换模块数量为1时,电流限幅值等于独立DC/DC变换模块允许的最大电流值;当需要启动的独立DC/DC变换模块数量大于1时,电流限幅值等于目标输出功率/(目标输出电压*需要启动的独立DC/DC变换模块数量)。
作为一个典型的实施方式,对功率变换器01的总电流输出、从模块110的电流输出以及第一限幅单元1142对第一电流参考值进行限幅处理过程进行进一步阐述。示例性的,假设需要带载30V,900W的情况下,为了尽可能地延长各个独立DC/DC变换模块的寿命,并联的三个独立DC/DC变换模块输出需要均流,为此需要总输出电流为900/30=30A,所以可以选择并联3个独立DC/DC变换模块,每个独立DC/DC变换模块限流输出10A。
图13为本发明实施例提供的一种功率变换器的总电流输出示意图,图14为本发明实施例提供的一种主/从模块的电流输出示意图。功率变换器01包括并联连接的两个从模块110和一个主模块120,根据从模块110和主模块120的总数量和总功率变换器01的总输出电流,可以获知功率变换器01的电流限幅值为10A。图13中,功率变换器01输出的总电流为30A,并且总输出电流在0.1秒后就保持稳定的电流输出,有利于负载端的稳定运行。
图14中,曲线11和曲线12为从模块110输出电流曲线,曲线21为主模块120输出电流曲线。曲线11和曲线12所显示的从模块110的输出电流经过调整在6秒之内趋于稳定的电流限幅值输出,即曲线11和曲线12为第一电流参考值大于电流限幅值时第一限幅单元1142对第一电流参考值进行限幅处理得到的第一电流限幅参考值的变化曲线。曲线21所显示的主模块120的输出电流经过调整最终等于电流限幅值,即曲线21为第二电流参考值小于电流限幅值时第二限幅单元1242使第二电流参考值等于第二电流限幅参考值的变化曲线。
由此可知,本发明实施例提供的功率变换器及其控制方法可以在多级并联的独立DC/DC变换模块运行时,在极短时间内就达到稳定的总电流输出,并且每个变换模块都能均流输出,可以充分延长每个变换模块的使用寿命。
本发明实施例所提供的功率变换器的控制方法可由本发明任意实施例所提供的功率变换器执行,具备本发明任意实施例提供的功率变换器的有益效果,此处不再赘述。
图15为本发明实施例提供的一种电源变换***的结构示意图,该电源变换***包括:电池200、功率变换器01和负载300,功率变换器01被配置为执行本发明任意实施例提供的控制方法,以使电池200通过功率变换器01为负载300提供能量。
另外,本发明实施例所提供的电源变换***包括本发明任意实施例所提供的功率变换器01,因此具备本发明任意实施例提供的功率变换器01的有益效果,此处不再赘述。
上述本申请实施例序号仅仅为了描述,不代表实施例的优劣。
在本申请中,对于相同或相似的术语概念、技术方案和/或应用场景描述,一般只在第一次出现时进行详细描述,后面再重复出现时,为了简洁,一般未再重复阐述,在理解本申请技术方案等内容时,对于在后未详细描述的相同或相似的术语概念、技术方案和/或应用场景描述等,可以参考其之前的相关详细描述。
在本申请中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述或记载的部分,可以参见其它实施例的相关描述。
本申请技术方案的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本申请记载的范围。
通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现,当然也可以通过硬件,但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解,本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在如上的一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中,包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是用电设备或者网络设备等)执行本申请每个实施例的方法。
以上仅为本申请的优选实施例,并非因此限制本申请的专利范围,凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种功率变换器,其特征在于,包括多级并联的独立DC/DC变换模块,所述多级并联的独立DC/DC变换模块中包括至少一从模块;所述从模块包括:
第一通信模块,用于获取所述功率变换器的目标输出电压、需要启动的独立DC/DC变换模块数量和电流限幅值;
第一输出电流采样模块,用于获取所述从模块的输出电流值;
第一电感电流采样模块,用于获取所述从模块的电感电流值;
均流控制模块,用于根据所述从模块的输出电流、所述目标输出电压以及所述需要启动的独立DC/DC变换模块的数量确定第一电流参考值,根据所述电流限幅值和所述第一电流参考值确定第一电流限幅参考值,根据所述从模块的电感电流值和所述第一电流限幅参考值调整所述从模块中至少一开关管的驱动信号占空比,以使所述从模块的输出电流等于所述电流限幅值。
2.根据权利要求1所述的功率变换器,其特征在于,所述均流控制模块包括:
第一电压外环控制单元,用于根据所述目标输出电压、所述需要启动的独立DC/DC变换模块数量和所述从模块的输出电流值确定第一电流参考值;
第一限幅单元,用于根据所述电流限幅值对所述第一电流参考值进行处理后确定第一电流限幅参考值;
第一电流内环控制单元,用于根据所述第一电流限幅参考值和所述从模块的电感电流值确定所述从模块中至少一开关管的驱动信号占空比。
3.根据权利要求2所述的功率变换器,其特征在于,所述第一电压外环控制单元,用于以所述从模块的输出电流值作为负反馈量,对其与所述目标输出电压和所述需要启动的独立DC/DC变换模块的数量的比值之间的差值进行PI调节,确定所述第一电流参考值;
所述第一电流内环控制单元,用于以所述从模块的电感电流值作为负反馈量,对其与所述第一电流限幅参考值之间的差值进行PI调节,确定所述从模块中至少一开关管的驱动信号占空比。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的功率变换器,其特征在于,所述多级并联的独立DC/DC变换模块中还包括与所述至少一从模块并联的主模块;所述主模块包括:
第二通信模块,用于获取所述功率变换器的目标输出电压和所述电流限幅值;
第一输出电压采样模块,用于获取所述主模块的输出电压值;
第二电感电流采样模块,用于获取所述主模块的电感电流值;
稳压控制模块,用于根据所述目标输出电压、所述电流限幅值、所述主模块的输出电压值和所述主模块的电感电流值调整所述主模块中至少一开关管的驱动信号占空比,以使所述主模块的输出电压等于所述目标输出电压。
5.根据权利要求4所述的功率变换器,其特征在于,所述稳压控制模块包括:
第二电压外环控制单元,用于根据所述目标输出电压和所述主模块的输出电压值确定第二电流参考值;
第二限幅单元,用于根据所述电流限幅值对所述第二电流参考值进行处理后确定第二电流限幅参考值;
第二电流内环控制单元,用于根据所述第二电流限幅参考值和所述主模块的电感电流值确定所述主模块中至少一开关管的驱动信号占空比。
6.根据权利要求5所述的功率变换器,其特征在于,所述第二电压外环控制单元,用于以所述主模块的输出电压值作为负反馈量,对其与所述目标输出电压之间的差值进行PI调节,确定所述第二电流参考值;
所述第二电流内环控制单元,用于以所述主模块的电感电流值作为负反馈量,对其与所述第二电流限幅参考值之间的差值进行PI调节,确定所述主模块中至少一开关管的驱动信号占空比。
7.根据权利要求1所述的功率变换器,其特征在于,
每个所述独立DC/DC变换模块对应的所述电流限幅值相同;
当所述需要启动的独立DC/DC变换模块数量为1时,所述电流限幅值等于所述独立DC/DC变换模块允许的最大电流值;
当所述需要启动的独立DC/DC变换模块数量大于1时,所述电流限幅值等于目标输出功率/(所述目标输出电压*所述需要启动的独立DC/DC变换模块数量)。
8.根据权利要求7所述的功率变换器,其特征在于,根据所述目标输出功率和所述独立DC/DC变换模块的额定功率确定所述需要启动的独立DC/DC变换模块数量。
9.一种功率变换器的控制方法,其特征在于,所述功率变换器包括多级并联的独立DC/DC变换模块,所述多级并联的独立DC/DC变换模块中包括至少一从模块;所述控制方法,包括:
每个所述从模块接收上位机配置的所述功率变换器的目标输出电压、需要启动的独立DC/DC变换模块数量和电流限幅值;
每个所述从模块获取所述从模块的输出电流值和所述从模块的电感电流值;
每个所述从模块根据所述从模块的输出电流、所述目标输出电压以及所述需要启动的独立DC/DC变换模块的数量确定第一电流参考值,根据所述电流限幅值和所述第一电流参考值确定第一电流限幅参考值,根据所述从模块的电感电流值和所述第一电流限幅参考值调整所述从模块中至少一开关管的驱动信号占空比,以使所述从模块的输出电流等于所述电流限幅值。
10.一种电源变换***,其特征在于,包括:电池、功率变换器和负载,所述功率变换器被配置为执行如权利要求9所述的控制方法,以使所述电池通过所述功率变换器为所述负载提供能量。
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