CN106341043B - 一种双向dcdc电路和一种双向dcdc电路母线平衡方法 - Google Patents

一种双向dcdc电路和一种双向dcdc电路母线平衡方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106341043B
CN106341043B CN201610808122.2A CN201610808122A CN106341043B CN 106341043 B CN106341043 B CN 106341043B CN 201610808122 A CN201610808122 A CN 201610808122A CN 106341043 B CN106341043 B CN 106341043B
Authority
CN
China
Prior art keywords
load
inductance
circuit
igbt
capacitor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610808122.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106341043A (zh
Inventor
林凤翔
冼成瑜
魏晓亮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Sinexcel Electric Co Ltd
Original Assignee
Shenzhen Sinexcel Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Sinexcel Electric Co Ltd filed Critical Shenzhen Sinexcel Electric Co Ltd
Priority to CN201610808122.2A priority Critical patent/CN106341043B/zh
Publication of CN106341043A publication Critical patent/CN106341043A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106341043B publication Critical patent/CN106341043B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

Abstract

本发明提供了一种双向DCDC电路，所述电路包括：超级电容；与所述超级电容两端连接的第一负载单元和第二负载单元；与所述第一负载单元和第二负载单元连接的DCDC变流器，所述DCDC变流器包括多组并联的IGBT桥臂，所述DCDC变流器用于对电路系统的功率进行转换；与所述DCDC变流器连接的母线电容，所述母线电容的中点用于对所述IGBT桥臂进行钳位。电路损耗低，能量经由桥臂，在正负母线及超级电容之间搬运，而非硬件热损耗。低载时平衡能力充足，在小载时，利用单相电感电流纹波的瞬时值进行能量传输，不仅克服了小载平衡难的问题，同时减小了系统损耗。大载时系统稳定，在系统工作在高负载时，系统利用电流的平均值进行均压控制，减小各相之间的相互干扰，保证系统的稳定可靠。

Description

一种双向DCDC电路和一种双向DCDC电路母线平衡方法
技术领域
本发明涉及电路领域，尤其涉及一种双向DCDC电路和一种双向DCDC 电路母线平衡方法。
背景技术
城市轨道交通是城市公共交通体系的重要组成部分，而列车在刹车和起动时对供电网络会产生很大的冲击，造成电网的瞬时过压或者欠压。基于超级电容的储能系统利用超级电容能快速充放电的特性，能很好地解决这个问题。其中双向DCDC变流器是系统的主要功率转换单元，起到快速将能量在电容与电网之间传导的作用。
针对1500V机车牵引供电系统，需要设计的DCDC变流器必须承受近 2000V的母线电压。受限于目前的IGBT耐压水平，需要采用4个IGBT串联的方式，但是这样会引起IGBT分压不均衡，导致系统炸机，因此需要用母线电容中点对IGBT桥臂进行钳位。同时为了增加系统的功率密度，采用三桥臂交错并联的方式。基于以上两点可预知，系统需要对母线电容进行均压控制。现有的母线平衡方式有多种，硬件方式有基于电阻自平衡的方式，基于(辅助电源的)变压器绕组平衡的，软件方式有基于对称调整占空比的方式。采用硬件方式不仅增加设备成本，同时降低系统效率。采用软件对称调整占空比的方式，在低负载时，由于电流纹波过零点，容易引起系统振荡，甚至正反馈控制。
发明内容
基于此，有必要提供一种双向DCDC电路和一种双向DCDC 电路母线平衡方法。
一种双向DCDC电路，所述电路包括：
超级电容；
与所述超级电容两端连接的第一负载单元和第二负载单元；
与所述第一负载单元和第二负载单元连接的DCDC变流器，所述DCDC 变流器包括多组并联的IGBT桥臂，所述DCDC变流器用于对电路系统的功率进行转换；
与所述DCDC变流器连接的母线电容，所述母线电容的中点用于对所述 IGBT桥臂进行钳位。
在其中一个实施例中，所述母线电容包括：
第一电容C1；
与所述第一电容C1串联的第二电容C2；
所述第一电容C1和第二电容C2连接的中点引出一中间电线。
在其中一个实施例中，所述第一负载单元包括：
第一负载组，包括第一电感以及与所述第一电感串联的第一电阻；
第二负载组，与所述第一负载组并联，包括第二电感以及与所述第二电感串联的第二电阻；
第三负载组，与所述第二负载组并联，包括第三电感以及与所述第三电感串联的第三电阻；
所述第二负载单元包括：
第四负载组，包括第四电感以及与所述第四电感串联的第四电阻；
第五负载组，与所述第四负载组并联，包括第五电感以及与所述第五电感串联的第五电阻；
第六负载组，与所述第五负载组并联，包括第六电感以及与所述第六电感串联的第六电阻。
在其中一个实施例中，所述多组并联的IGBT桥臂包括：
第一IGBT桥臂，包括依次串联的IGBT管S1、IGBT管S4、IGBT管S7 和IGBT管S10；
第二IGBT桥臂，包括依次串联的IGBT管S2、IGBT管S5、IGBT管S8 和IGBT管S11；
第三IGBT桥臂，包括依次串联的IGBT管S3、IGBT管S6、IGBT管S9 和IGBT管S12。
在其中一个实施例中，所述电路还包括：
IGBT驱动器，与所述IGBT管S4连接。
一种双向DCDC 电路母线平衡方法，所述方法包括:
通过DSP的AD模块对母线电压进行检测，计算母线差，建立母线差调节器；
检测电感电流，判断电流方向，将结果传递给母线差调节器；
判断系统负载率，当系统电流大于第一阈值时，系统启动三相工作模式，增加系统带载能力；
占空比调节器根据工作方式选择器、母线差控制器及电流控制器输出结果拟合最终占空比，进行PWM发波操作。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
通过模糊控制方式，根据母线差对电流方向结果进行切换，防止系统正反馈。
在其中一个实施例中，所述在判断系统负载率，当系统电流大于第一阈值时，系统启动三相工作模式，增加系统带载能力的同时，所述方法还包括：
告知占空比调节器，启用对称调节占空比模式，对母线差进行控制。
在其中一个实施例中，所述在判断系统负载率，当系统电流大于第一阈值时，系统启动三相工作模式，增加系统带载能力的同时，所述方法还包括：
启用负载率第二阈值，当系统电流小于第二阈值时，系统启动工作模式。
在其中一个实施例中，所述在判断系统负载率，当系统电流大于第一阈值时，系统启动三相工作模式，增加系统带载能力的同时，所述方法还包括：
告知占空比调节器，启用单边调节占空比模式。
有益效果：
本发明提供了一种双向DCDC电路，所述电路包括：超级电容；与所述超级电容两端连接的第一负载单元和第二负载单元；与所述第一负载单元和第二负载单元连接的DCDC变流器，所述DCDC变流器包括多组并联的IGBT 桥臂，所述DCDC变流器用于对电路系统的功率进行转换；与所述DCDC变流器连接的母线电容，所述母线电容的中点用于对所述IGBT桥臂进行钳位。该DCDC电路损耗低，能量经由桥臂，在正负母线及超级电容之间搬运，而非硬件热损耗。低载时平衡能力充足，在小载时，利用单相电感电流纹波的瞬时值进行能量传输，不仅克服了小载平衡难的问题，同时减小了系统损耗。大载时系统稳定，在系统工作在高负载时，系统利用电流的平均值进行均压控制，减小各相之间的相互干扰，保证系统的稳定可靠。
附图说明
图1为本发明一种双向DCDC电路的电路原理图。
图2为本发明一种一种双向DCDC 电路母线平衡方法的方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参照图1，一种双向DCDC电路，所述电路包括：
超级电容1；
与所述超级电容1两端连接的第一负载单元2和第二负载单元3；
与所述第一负载单元1和第二负载单元2连接的DCDC变流器5，所述DCDC变流器包括多组并联的IGBT桥臂，所述DCDC变流器用于对电路系统的功率进行转换；
与所述DCDC变流器连接的母线电容6，所述母线电容的中点用于对所述 IGBT桥臂进行钳位。
在其中一个实施例中，所述母线电容包括：
第一电容C1；
与所述第一电容C1串联的第二电容C2；
所述第一电容C1和第二电容C2连接的中点引出一中间电线。
在其中一个实施例中，所述第一负载单元包括：
第一负载组，包括第一电感以及与所述第一电感串联的第一电阻；
第二负载组，与所述第一负载组并联，包括第二电感以及与所述第二电感串联的第二电阻；
第三负载组，与所述第二负载组并联，包括第三电感以及与所述第三电感串联的第三电阻；
所述第二负载单元包括：
第四负载组，包括第四电感以及与所述第四电感串联的第四电阻；
第五负载组，与所述第四负载组并联，包括第五电感以及与所述第五电感串联的第五电阻；
第六负载组，与所述第五负载组并联，包括第六电感以及与所述第六电感串联的第六电阻。
在其中一个实施例中，所述多组并联的IGBT桥臂包括：
第一IGBT桥臂，包括依次串联的IGBT管S1、IGBT管S4、IGBT管S7 和IGBT管S10；
第二IGBT桥臂，包括依次串联的IGBT管S2、IGBT管S5、IGBT管S8 和IGBT管S11；
第三IGBT桥臂，包括依次串联的IGBT管S3、IGBT管S6、IGBT管S9 和IGBT管S12。
在其中一个实施例中，所述电路还包括：
IGBT驱动器4，与所述IGBT管S4连接。
需要说明的是，本发明采用三相不同时控制方式对母线电压进行平衡，有以下两种工作模式：
1)低载工作模式，当负载电流小于设定阈值时，只有一相桥臂处于工作状态，同时进行均压控制，采用单边调节占空比模式。
2)大载工作模式，当负载电流大于设定阈值时，三相桥臂同时对母线进行均压控制，采用双边调节占空比模式。
从以上工作模式可知，本实用新型发明有以下明显的优点：
1)电路损耗低，能量经由桥臂，在正负母线及超级电容之间搬运，而非硬件热损耗。
2)低载时平衡能力充足，在小载时，利用单相电感电流纹波的瞬时值进行能量传输，不仅克服了小载平衡难的问题，同时减小了系统损耗。
3)大载时系统稳定，在系统工作在高负载时，系统利用电流的平均值进行均压控制，减小各相之间的相互干扰，保证系统的稳定可靠。
当系统工作不同负载率时，切换不同的控制方式及工作桥臂。
在小载时，只允许一相桥臂工作，同时进行均压，均压采用占空比不对称控制的方式。
在大载时，三相同时工作，同时进行均压控制，均压采用占空比对称控制的方式。
请参照图2，一种双向DCDC 电路母线平衡方法，所述方法包括:
S100：通过DSP的AD模块对母线电压进行检测，计算母线差，建立母线差调节器；
S200：检测电感电流，判断电流方向，将结果传递给母线差调节器；
S300：判断系统负载率，当系统电流大于第一阈值时，系统启动三相工作模式，增加系统带载能力；
S400：占空比调节器根据工作方式选择器、母线差控制器及电流控制器输出结果拟合最终占空比，进行PWM发波操作。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
通过模糊控制方式，根据母线差对电流方向结果进行切换，防止系统正反馈。
在其中一个实施例中，所述在判断系统负载率，当系统电流大于第一阈值时，系统启动三相工作模式，增加系统带载能力的同时，所述方法还包括：
告知占空比调节器，启用对称调节占空比模式，对母线差进行控制。
在其中一个实施例中，所述在判断系统负载率，当系统电流大于第一阈值时，系统启动三相工作模式，增加系统带载能力的同时，所述方法还包括：
启用负载率第二阈值，当系统电流小于第二阈值时，系统启动工作模式。
在其中一个实施例中，所述在判断系统负载率，当系统电流大于第一阈值时，系统启动三相工作模式，增加系统带载能力的同时，所述方法还包括：
告知占空比调节器，启用单边调节占空比模式。
本发明提供了一种双向DCDC电路，所述电路包括：超级电容；与所述超级电容两端连接的第一负载单元和第二负载单元；与所述第一负载单元和第二负载单元连接的DCDC变流器，所述DCDC变流器包括多组并联的IGBT 桥臂，所述DCDC变流器用于对电路系统的功率进行转换；与所述DCDC变流器连接的母线电容，所述母线电容的中点用于对所述IGBT桥臂进行钳位。电路损耗低，能量经由桥臂，在正负母线及超级电容之间搬运，而非硬件热损耗。低载时平衡能力充足，在小载时，利用单相电感电流纹波的瞬时值进行能量传输，不仅克服了小载平衡难的问题，同时减小了系统损耗。大载时系统稳定，在系统工作在高负载时，系统利用电流的平均值进行均压控制，减小各相之间的相互干扰，保证系统的稳定可靠。
以上对本发明运行原理进行了详细介绍，上述运行原理的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种双向DCDC电路母线平衡方法，其特征在于，所述双向DCDC电路包括超级电容、与所述超级电容两端连接的第一负载单元和第二负载单元、与所述第一负载单元和第二负载单元连接的DCDC变流器，DCDC变流器连接于母线和地线之间，第一负载单元和第二负载单元均包括多个负载组，每个负载组包括与超级电容连接的电阻和电感；
所述方法包括:
通过DSP的AD模块对母线电压进行检测，计算母线差，建立母线差调节器；
检测电感电流，判断电流方向，将结果传递给母线差调节器；
判断系统负载率，当系统电流大于第一阈值时，系统启动三相工作模式，增加系统带载能力；
根据工作方式选择器、母线差控制器及电流控制器输出结果拟合最终占空比，进行PWM发波操作。
2.根据权利要求1所述 的方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过模糊控制方式，根据母线差对电流方向结果进行切换，防止系统正反馈。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：当系统电流大于第一阈值时，系统启动三相工作模式，增加系统带载能力的同时，控制占空比调节器，启用对称调节占空比模式，对母线差进行控制。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述当系统电流大于第一阈值时，系统启动三相工作模式，增加系统带载能力的同时，所述方法还包括：
启用负载率第二阈值，当系统电流小于第二阈值时，系统启动工作模式。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述当系统电流大于第一阈值时，系统启动三相工作模式，增加系统带载能力的同时，所述方法还包括：
控制占空比调节器，启用单边调节占空比模式。
6.一种基于权利要求1所述方法的双向DCDC电路，其特征在于，所述电路包括：
超级电容；
与所述超级电容两端连接的第一负载单元和第二负载单元；
与所述第一负载单元和第二负载单元连接的DCDC变流器，所述DCDC变流器包括多组并联的IGBT桥臂，所述DCDC变流器用于对电路系统的功率进行转换；
与所述DCDC变流器连接的母线电容，所述母线电容的中点用于对所述IGBT桥臂进行钳位。
7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述母线电容包括：
第一电容C1；
与所述第一电容C1串联的第二电容C2；
所述第一电容C1和第二电容C2连接的中点引出一中间电线。
8.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述第一负载单元包括：
第一负载组，包括第一电感以及与所述第一电感串联的第一电阻；
第二负载组，与所述第一负载组并联，包括第二电感以及与所述第二电感串联的第二电阻；
第三负载组，与所述第二负载组并联，包括第三电感以及与所述第三电感串联的第三电阻；
所述第二负载单元包括：
第四负载组，包括第四电感以及与所述第四电感串联的第四电阻；
第五负载组，与所述第四负载组并联，包括第五电感以及与所述第五电感串联的第五电阻；
第六负载组，与所述第五负载组并联，包括第六电感以及与所述第六电感串联的第六电阻。
9.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述多组并联的IGBT桥臂包括：
第一IGBT桥臂，包括依次串联的IGBT管S1、IGBT管S4、IGBT管S7和IGBT管S10；
第二IGBT桥臂，包括依次串联的IGBT管S2、IGBT管S5、IGBT管S8和IGBT管S11；
第三IGBT桥臂，包括依次串联的IGBT管S3、IGBT管S6、IGBT管S9和IGBT管S12。
10.根据权利要求9所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：
IGBT驱动器，与所述IGBT管S4连接。
CN201610808122.2A 2016-09-07 2016-09-07 一种双向dcdc电路和一种双向dcdc电路母线平衡方法 Active CN106341043B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610808122.2A CN106341043B (zh) 2016-09-07 2016-09-07 一种双向dcdc电路和一种双向dcdc电路母线平衡方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610808122.2A CN106341043B (zh) 2016-09-07 2016-09-07 一种双向dcdc电路和一种双向dcdc电路母线平衡方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106341043A CN106341043A (zh) 2017-01-18
CN106341043B true CN106341043B (zh) 2019-01-15

Family

ID=57823812

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610808122.2A Active CN106341043B (zh) 2016-09-07 2016-09-07 一种双向dcdc电路和一种双向dcdc电路母线平衡方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106341043B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106787705B (zh) * 2017-02-09 2019-01-11 南京工程学院 基于lcl滤波器的双向直流变换器的控制装置和方法
DE102018211411A1 (de) * 2017-12-14 2019-06-19 Conti Temic Microelectronic Gmbh Verfahren zum Betrieb eines Spannungswandlers, Spannungswandler
CN113315376A (zh) * 2021-06-21 2021-08-27 哈尔滨工业大学 基于电流纹波优化的可变重数dcdc变换器

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1858959A (zh) * 2006-05-22 2006-11-08 东北大学 微型燃气轮机的蓄电池控制装置及方法
CN102616145A (zh) * 2012-03-29 2012-08-01 青岛易特优电子有限公司 一种电动汽车再生制动能量储存装置
CN103427430A (zh) * 2013-04-08 2013-12-04 深圳市天智系统技术有限公司 一种混合储能系统及其在微网中的能量管理方法
CN104393630A (zh) * 2014-10-16 2015-03-04 江苏金诺电器有限公司 一种电动汽车超级电容充放电装置及其控制方法
WO2015108614A1 (en) * 2014-01-15 2015-07-23 Abb Technology Ag Modular, multi-channel, interleaved power converters
CN105811434A (zh) * 2016-05-12 2016-07-27 深圳市盛弘电气股份有限公司 一种配电系统有源容量均衡装置及其均衡方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1858959A (zh) * 2006-05-22 2006-11-08 东北大学 微型燃气轮机的蓄电池控制装置及方法
CN102616145A (zh) * 2012-03-29 2012-08-01 青岛易特优电子有限公司 一种电动汽车再生制动能量储存装置
CN103427430A (zh) * 2013-04-08 2013-12-04 深圳市天智系统技术有限公司 一种混合储能系统及其在微网中的能量管理方法
WO2015108614A1 (en) * 2014-01-15 2015-07-23 Abb Technology Ag Modular, multi-channel, interleaved power converters
CN104393630A (zh) * 2014-10-16 2015-03-04 江苏金诺电器有限公司 一种电动汽车超级电容充放电装置及其控制方法
CN105811434A (zh) * 2016-05-12 2016-07-27 深圳市盛弘电气股份有限公司 一种配电系统有源容量均衡装置及其均衡方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106341043A (zh) 2017-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101369735B (zh) 紧急辅助负载的供电方法、辅助变换器及其铁道车辆
CN103501135B (zh) 高压变频器制动减速保护系统和方法
US8988026B2 (en) Single phase operation of a three-phase drive system
CN109038736A (zh) 一种充电电路移相控制方法
CN206569857U (zh) 一种电梯驱动器
CN202435108U (zh) 一种充电柜
CN106341043B (zh) 一种双向dcdc电路和一种双向dcdc电路母线平衡方法
CN105226957A (zh) 一种无工频变压器的三相-单相变压装置
CN101950960B (zh) 串联多电平电能质量调节器直流母线电压的控制方法
CN103199719B (zh) 一种模块化多电平换流器的子模块电容电压优化均衡方法
CN108242816A (zh) 一种三相并联型多功能变流器及其工作方法
CN102664535A (zh) 基于mmc无移相变压器的四象限高压变频调速系统拓扑
CN205051584U (zh) 一种无工频变压器的三相-单相变压装置
CN201956961U (zh) 基于功率单元级联型高压变频器的能量回馈装置
CN105743378A (zh) 一种t型三电平逆变器并联系统及其解耦控制方法
CN102624016A (zh) 一种能量双向流动的液流电池储能并网装置及其控制方法
CN112202353A (zh) 双馈变频器及其调制方法
CN202474879U (zh) 直流总线三重Buck-Boost双向DC-DC稳压储能系统
CN103532423B (zh) 一种静止坐标系下复合控制电流源型并网逆变器
CN104467004A (zh) 新能源汽车电机测试电源
CN104956564A (zh) 变流器和运行变流器的方法
CN101247073A (zh) 适用于多组整流装置的能量回馈及谐波无功补偿系统
CN103812376A (zh) 城轨车辆辅助逆变器及城轨车辆
CN103606934B (zh) 基于调制波平移的h桥级联statcom直流侧电容电压相内平衡控制方法
CN101986798A (zh) 用于对ac电动机进行制动的方法和系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant