CN105226921B - 隔离型dc/dc控制器、双向变换器控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隔离型DC/DC控制器、双向变换器控制系统及控制方法，属于双向变换器技术领域，为解决现有装置信号传输速度和精度差等问题而设计。本发明隔离型DC/DC控制器包括主控电路、交错并联主拓扑、电压/频率转换电路、以及频率/电压转换电路；电压/频率转换电路和频率/电压转换电路之间通过光纤进行通讯；频率/电压转换电路将所得到的电流和电压模拟信号发送至主控电路。本发明隔离型DC/DC控制器采用交错并联双向DC/DC主拓扑实现了对太阳能的存储和使用，隔离效果好、传输速度快、传输精度高，能保证控制器系统中强弱电的电气隔离。
Description
技术领域
本发明涉及双向变换器技术领域，尤其涉及一种隔离型DC/DC控制器、包括有该隔离型DC/DC控制器的双向变换器控制系统、以及该隔离型DC/DC控制器的控制方法。
背景技术
双向变换器主要由控制电路和主功率电路组成。控制电路和主功率电路的电压等级差别很大，为了防止强电信号干扰弱电信号、保证两者之间良好的电气隔离、保证信号的传输精度，控制电路和主功率电路之间采用隔离或非隔离的传输方式。其中，非隔离传输方式虽然传输精度较高，但不能保证强弱电的电气安全。
现有的隔离传输方式主要是光耦隔离和变压器隔离。光耦隔离不适合远距离传输，变压器隔离又会引起电磁干扰问题；光耦隔离和变压器隔离这两种传输方式都会影响信号的传输速度和精度(尤其是模拟信号的传输)，电气隔离效果差。
发明内容
本发明的一个目的是提出一种隔离效果好、传输速度快、传输精度高的隔离型DC/DC控制器。
本发明的另一个目的是提出一种光伏能源利用率更高的双向变换器控制系统。
本发明的再一个目的是提出一种信号传输速度和精度都更高的隔离型DC/DC控制器的控制方法。
为达此目的，一方面，本发明采用以下技术方案：
一种隔离型DC/DC控制器，所述控制器包括主控电路、与所述主控电路通过光纤进行通讯的交错并联主拓扑、用于将所述交错并联主拓扑反馈的电流和电压模拟信号转化为数字信号的电压/频率转换电路、以及用于将数字信号转化为模拟信号的频率/电压转换电路；所述电压/频率转换电路和所述频率/电压转换电路之间通过光纤进行通讯；所述频率/电压转换电路将所得到的电流和电压模拟信号发送至所述主控电路。
特别是，在所述主控电路和所述交错并联主拓扑之间至少设置有信号调理电路、光纤发送端和光纤接收端。
特别是，在所述交错并联主拓扑的前端设置有驱动电路；所述光纤接收端接收到光信号后将其转化成数字信号，所述光纤接收端将所述数字信号发送至所述驱动电路，所述驱动电路将所述数字信号发送至所述交错并联主拓扑。
特别是，所述交错并联主拓扑至少包括四个绝缘栅双极型晶体管。
另一方面，本发明采用以下技术方案：
一种双向变换器控制系统，所述控制系统中包括上述的隔离型DC/DC控制器。
特别是，所述控制系统包括电网、用电装置、光伏电源和蓄电池，所述蓄电池通过所述隔离型DC/DC控制器分别连通至所述电网、所述用电装置和所述光伏电源。
再一方面，本发明采用以下技术方案：
一种基于上述隔离型DC/DC控制器的控制方法，主控电路通过光纤向交错并联主拓扑发送四路PWM信号；所述交错并联主拓扑向所述主控电路返回四路Fo信号、两路电压采样信号和两路电流采样信号；其中，PWM信号和Fo信号为数字信号，所述电压采样信号和电流采样信号为模拟信号；所述Fo信号为IGBT短路故障返回信号。
特别是，所述主控电路通过光纤向交错并联主拓扑发送所述PWM信号的步骤为：所述主控电路发出的所述PWM信号经信号调理电路放大后进入光纤发送端，数字信号转换为光信号后传输至光纤接收端，所述光纤接收端将光信号转换为数字信号并经过驱动电路发送至所述交错并联主拓扑。
特别是，所述交错并联主拓扑向所述主控电路返回Fo信号的步骤为：Fo信号经信号调理电路放大后进入所述光纤发送端，数字信号转换为光信号后输送至所述光纤接收端，所述光纤接收端将光信号转换为数字信号，所述数字信号经信号调理电路发送至所述主控电路。
特别是，所述交错并联主拓扑向所述主控电路返回电压采样信号和电流采样信号的步骤为：在所述交错并联主拓扑的主电路上得到采样电压Vf，所述采样电压Vf经过滤波处理后输入到电压/频率转换电路中，转换得到频率为F的数字信号D1；所述数字信号D1在所述光纤发送端转换为光信号、并通过光纤发送至所述光纤接收端；所述光纤接收端将光信号转化为与所述光纤发送端同频率的数字信号D2，所述数字信号D2进入频率/电压转换电路后得到电压信号Vf′，所述电压信号Vf′经所述信号调理电路和滤波电路处理后输入所述主控电路中；所述电流采样信号的传输与所述电压采样信号的传输步骤相同。
本发明隔离型DC/DC控制器的主控电路和交错并联主拓扑之间通过光纤进行通讯，采用交错并联双向DC/DC主拓扑实现了对太阳能的存储和使用；光纤传输具有隔离效果好、传输速度快、传输精度高等优点，能保证控制器系统中强弱电的电气隔离。
本发明双向变换器控制系统中包括上述的隔离型DC/DC控制器，对光伏能源的利用率更高。
本发明基于上述隔离型DC/DC控制器的控制方法至少通过光纤传输PWM驱动信号、Fo信号、电压采样信号和电流采样信号，其中，模拟信号(电压采样信号和电流采样信号)通过电压/频率转换和频率/电压转换完成光纤传输，传输的速度和精度都更高，控制效果更好。
附图说明
图1是本发明优选实施例提供的隔离型DC/DC控制器的器件连接关系示意图；
图2是本发明优选实施例提供的双向变换器控制系统的器件连接关系示意图；
图3是本发明优选实施例提供的主控电路通过光纤向交错并联主拓扑发送PWM信号的流程图；
图4是本发明优选实施例提供的交错并联主拓扑向主控电路返回IGBT短路保护Fo信号的流程图；
图5是本发明优选实施例提供的交错并联主拓扑向主控电路返回电压采样信号的的流程图；
图6是本发明优选实施例提供的交错并联主拓扑向主控电路返回电流采样信号的的流程图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
优选实施例：
本实施例公开一种隔离型DC/DC控制器。如图1所示，该控制器包括主控电路、与主控电路通过光纤进行通讯的交错并联主拓扑、用于将交错并联主拓扑反馈的电流和电压模拟信号转化为数字信号的电压/频率转换电路、以及用于将数字信号转化为模拟信号的频率/电压转换电路。电压/频率转换电路和频率/电压转换电路之间通过光纤进行通讯；频率/电压转换电路将所得到的电流和电压模拟信号发送至主控电路。
该隔离型DC/DC控制器输出电流纹波小，占空比为50％时电流纹波为零；电流容量大，功率密度高，电压和电流的输出精度高，动态响应速度快。该隔离型DC/DC控制器实现了能量的双向流动、实时切换，提高了光伏的利用率；能实现完全的电气隔离，稳定性、可靠性、安全性都很高。
为了实现光纤传输、以及模拟信号的转换和传输，在主控电路和交错并联主拓扑之间至少设置有信号调理电路、光纤发送端和光纤接收端。
在交错并联主拓扑的前端设置有驱动电路；光纤接收端接收到光信号后将其转化成数字信号，光纤接收端将数字信号发送至驱动电路，驱动电路将数字信号发送至交错并联主拓扑。交错并联主拓扑至少包括四个绝缘栅双极型晶体管(IGBT，Insulated GateBipolar Transistor)。
双向变换器控制系统中包括上述隔离型DC/DC控制器。如图2所示，控制系统包括电网、用电装置、光伏电源和蓄电池，蓄电池通过隔离型DC/DC控制器分别连通至电网、用电装置和光伏电源。在该控制系统中既可以通过光伏电源向蓄电池充电、也可以通过电网向蓄电池充电；同时，当电网和/或光伏电源的电压不足时可以通过蓄电池向用电设备提供电能。
基于上述隔离型DC/DC控制器的控制方法是主控电路通过光纤向交错并联主拓扑发送四路PWM信号；交错并联主拓扑向主控电路返回四路Fo信号(即IGBT短路故障返回信号)、两路电压采样信号和两路电流采样信号；其中，PWM信号(脉冲宽度调制信号)和Fo信号为数字信号，电压采样信号和电流采样信号为模拟信号。
如图3所示，主控电路通过光纤向交错并联主拓扑发送PWM信号的步骤为：主控电路发出的PWM信号经信号调理电路放大后进入光纤发送端，数字信号转换为光信号后传输至光纤接收端，光纤接收端将光信号转换为数字信号并经过驱动电路发送至交错并联主拓扑。
如图4所示，交错并联主拓扑向主控电路返回Fo信号的步骤为：Fo信号经信号调理电路放大后进入光纤发送端，数字信号转换为光信号后输送至光纤接收端，光纤接收端将光信号转换为数字信号，数字信号经信号调理电路发送至主控电路。
电流采样信号和电压采样信号都是模拟信号，不能够使用光纤直接传输。需要将这两种信号转换为数字信号后再由光纤传输到弱电侧，再然后通过频率/电压信号转换成模拟信号，输入到主控电路。
具体的，如图5所示，交错并联主拓扑向主控电路返回电压采样信号的步骤为：在交错并联主拓扑的主电路上得到采样电压Vf，采样电压Vf经过滤波处理后输入到电压/频率转换电路中，转换得到频率为F的数字信号D1；数字信号D1在光纤发送端转换为光信号、并通过光纤发送至光纤接收端；光纤接收端将光信号转化为与光纤发送端同频率的数字信号D2，数字信号D2进入频率/电压转换电路后得到电压信号Vf′，电压信号Vf′经信号调理电路和滤波电路处理后输入主控电路中。
电流采样信号的传输与所述电压采样信号的传输步骤相同，如图6所示。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用的技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (9)
1.一种隔离型DC/DC控制器，其特征在于，所述控制器包括主控电路、与所述主控电路通过光纤进行通讯的交错并联主拓扑、用于将所述交错并联主拓扑反馈的电流和电压模拟信号转化为数字信号的电压/频率转换电路、以及用于将数字信号转化为模拟信号的频率/电压转换电路；所述电压/频率转换电路和所述频率/电压转换电路之间通过光纤进行通讯；所述频率/电压转换电路将所得到的电流和电压模拟信号发送至所述主控电路；
其中，所述交错并联主拓扑用于实现隔离型DC/DC控制器能量的双向流动；
所述交错并联主拓扑至少包括四个绝缘栅双极型晶体管。
2.根据权利要求1所述的隔离型DC/DC控制器，其特征在于，在所述主控电路和所述交错并联主拓扑之间至少设置有信号调理电路、光纤发送端和光纤接收端。
3.根据权利要求2所述的隔离型DC/DC控制器，其特征在于，在所述交错并联主拓扑的前端设置有驱动电路；所述光纤接收端接收到光信号后将其转化成数字信号，所述光纤接收端将所述数字信号发送至所述驱动电路，所述驱动电路将所述数字信号发送至所述交错并联主拓扑。
4.一种双向变换器控制系统，其特征在于，所述控制系统中包括如权利要求1至3任一所述的隔离型DC/DC控制器。
5.根据权利要求4所述的双向变换器控制系统，其特征在于，所述控制系统包括电网、用电装置、光伏电源和蓄电池，所述蓄电池通过所述隔离型DC/DC控制器分别连通至所述电网、所述用电装置和所述光伏电源。
6.一种基于权利要求1至3任一所述隔离型DC/DC控制器的控制方法，其特征在于，主控电路通过光纤向交错并联主拓扑发送四路PWM信号；所述交错并联主拓扑向所述主控电路返回四路Fo信号、两路电压采样信号和两路电流采样信号；
其中，PWM信号和Fo信号为数字信号，所述电压采样信号和电流采样信号为模拟信号；所述Fo信号为IGBT短路故障返回信号；所述交错并联主拓扑用于实现隔离型DC/DC控制器能量的双向流动；所述交错并联主拓扑至少包括四个绝缘栅双极型晶体管。
7.根据权利要求6所述的隔离型DC/DC控制器的控制方法，其特征在于，所述主控电路通过光纤向交错并联主拓扑发送所述PWM信号的步骤为：所述主控电路发出的所述PWM信号经信号调理电路放大后进入光纤发送端，数字信号转换为光信号后传输至光纤接收端，所述光纤接收端将光信号转换为数字信号并经过驱动电路发送至所述交错并联主拓扑。
8.根据权利要求7所述的隔离型DC/DC控制器的控制方法，其特征在于，所述交错并联主拓扑向所述主控电路返回Fo信号的步骤为：Fo信号经信号调理电路放大后进入所述光纤发送端，数字信号转换为光信号后输送至所述光纤接收端，所述光纤接收端将光信号转换为数字信号，所述数字信号经信号调理电路发送至所述主控电路。
9.根据权利要求7所述的隔离型DC/DC控制器的控制方法，其特征在于，所述交错并联主拓扑向所述主控电路返回电压采样信号和电流采样信号的步骤为：
在所述交错并联主拓扑的主电路上得到采样电压Vf，所述采样电压Vf经过滤波处理后输入到电压/频率转换电路中，转换得到频率为F的数字信号D1；所述数字信号D1在所述光纤发送端转换为光信号、并通过光纤发送至所述光纤接收端；所述光纤接收端将光信号转化为与所述光纤发送端同频率的数字信号D2，所述数字信号D2进入频率/电压转换电路后得到电压信号Vf′，所述电压信号Vf′经所述信号调理电路和滤波电路处理后输入所述主控电路中；
所述电流采样信号的传输与所述电压采样信号的传输步骤相同。
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