CN107959417A - 一种dcdc双向变换器的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种DCDC双向变换器的控制方法，应用于DCDC双向变换器，根据第一电源的充电和放电需求，以及第一电源电压和第二电源电压的关系，对DCDC变换器进行不同时序的控制，实现双向变换，且全过程电感的电流连续，实现高压双向可升可降双变换。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术领域，特别是涉及一种DCDC双向变换器的控制方法。
背景技术
直流-直流变换器，简称DC-DC变换器或DCDC变换器，是一种将直流基础电源转变为其他电压种类的直流变换装置，广泛应用于太阳能发电、不间断电源等领域。其工作原理是将直流电变换成另一种直流电压(升压或降压)。
目前，DCDC变换器的应用越来越广泛。不同的DCDC变换器，经过简化变换，均可以等效为升压型Boost变换器或降压型Buck变换器。以降压型Buck变换器为例，通常在满输出负载时，DCDC变换器工作于CCM即连续电流模式。电感的平均电流即为输出的负载电流。当负载电流降低时，电感的平均电流也将降低；当负载电流降低时一定值，变换器进入临界电流模式。此时，若负载电流进一步的降低，电感的电流回到0后，开关周期还没有结束，由于二极管的反向阻断作用，电感的电流在0值处保持一段时间，然后开关周期结束，进入下一个开在周期，此时变换器为完全的非连续电流模式。
传统的BOOST或BUCK控制在同种工作模式只能实现能量单向流动，故在小载模式下往往只能工作在非连续电流模式(DCM)下，此时由于电感电流的不连续，此时电流采样容易造成不准，进而不利于系统的数字化采样，从而导致控制环路带宽较低，容易造成系统的不稳定震荡现象，降低系统的可靠性。
发明内容
本发明的目的是提供一种DCDC双向变换器的控制方法，用于实现直流电的转换，且DCDC双向变换器工作电流连续。
为解决上述技术问题，本发明提供一种DCDC双向变换器的控制方法，所述DCDC双向变换器包括4组桥臂，和与每组所述桥臂连接的电容，每组所述桥臂包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管的第二端与所述第二开关管的第一端连接，并作为所述桥臂的公共端，所述第一开关管的第一端作为所述桥臂的第一端与所述电容的第一端连接，所述第二开关管的第二端作为所述桥臂的第二端与所述电容的第二端连接，其中，第一桥臂的公共端通过第一电感与第三桥臂的公共端连接，第二桥臂的公共端通过第二电感与第四桥臂的公共端连接，所述第一桥臂对应的电容的第二端与所述第二桥臂对应的电容的第一端连接，所述第三桥臂对应的电容的第二端与所述第四桥臂对应的电容的第一端连接，所述第一桥臂的第一端和所述第二桥臂的第二端分别用于与第一电源的正负极连接，所述第三桥臂的第一端和所述第四桥臂的第二端分别用于与第二电源的正负极连接；
所述控制方法，具体包括：
获取第一电源对第二电源进行放电的控制需求；
采样当前第一电源的电压和第二电源的电压；
当第一电源电压低于第二电源电压时；
在一个控制周期中依次采用T1、T2时序控制所述DCDC双向变换器，在T2时序控制时，检测第一电感的电流和/或第二电感的电流是否过零，如是，则T2之后还包括T3、T4时序或T7、T8时序；
当第一电源电压高于第二电源电压时，在一个开关周期中依次采用T5、T6时序控制所述DCDC双向变换器，在T6时序控制时，检测第一电感的电流和/或第二电感的电流是否过零，如是，则T6之后还包括T3、T4时序或T7、T8时序或T3、T4时序；
T1时序：第一桥臂的第一开关管、第三桥臂的第二开关管均导通，第一桥臂的第二开关管、第三桥臂的第一开关管均关断；
T2时序：第三桥臂的第二开关管关断；
T3时序：第三桥臂的第一开关管导通；第一桥臂的第二开关管、第三桥臂的第二开关管均关断；
T4时序：第一桥臂的第二开关管、第三桥臂的第一开关管均关断；
T5时序：第一桥臂的第一开关管导通；第一桥臂的第二开关管、第三桥臂的第二开关管均关断；
T6时序：第一桥臂的第一开关管、第三桥臂的第二开关管均关断；
T7时序：第一桥臂的第二开关管、第三桥臂的第一开关管均导通，第一桥臂的第一开关管、第三桥臂的第二开关管均关断；
T8时序：控制第一桥臂的第二开关管均关断；
其中，第二桥臂的第二开关管与第一桥臂的第一开关管的驱动相同，第二桥臂的第一开关管与第一桥臂的第二开关管的驱动相同，第四桥臂的第二开关管与第三桥臂的第一开关管的驱动相同，第四桥臂的第一开关管与第三桥臂的第二开关管时序相同。
本发明所提供的DCDC双向变换器的控制方法，可根据第一电源的充电和放电需求进行双向变换，且全过程电感的电流连续，实现高压双向可升可降双变换，具有以下优点：
1.电感电流连续，有利于电流的数字化采样，很容易实现电流宽范围的线性采样，从而有利于系统的数字化控制设计，提高环路的设计带宽，提高负载动态下的环路响应能力，提高系统应用的可靠性；
2.电感储能状态以及续流状态下功率回路不一致，有利于功率管分散散热，降低散热要求，提高系统应用的可靠性；
3.每一种控制状态，均实现能量双向流动，有利于系统控制稳定；驱动对称控制，控制方案简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，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DCDC双向变换器的拓扑图；
图2为本发明图9、图10中T1时序的电流流向图；
图3为本发明图9、图10中T2时序的另一电流流向图；图11、图12中T6时序的电流流向图；
图4为本发明图9、图10中T2时序的一电流流向图；图11、图12中T5时序的电流流向图；
图5为本发明图10、图11中T7时序的电流流向图；
图6为本发明图9、图12中T4时序的电流流向图；图10、图11中T8时序的一电流流向图；
图7为本发明图9、图12中T3时序的电流流向图；图10、图11中T8时序的一电流流向图；
图8为本发明中第一电源电压低于第二电源电压时实现第一电源对第二电源的放电的一时序图；
图9为本发明中第一电源电压低于第二电源电压时实现第一电源对第二电源的放电的另一时序图；
图10为本发明中第一电源电压低于第二电源电压时实现第一电源对第二电源的放电的又一时序图；
图11为本发明中第一电源电压高于第二电源电压时实现第一电源对第二电源的放电的一时序图；
图12为本发明中第一电源电压高于第二电源电压时实现第一电源对第二电源的放电的另一时序图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
本发明的核心是提供一种DCDC双向变换器的控制方法，用于实现直流电的变换，并且变换方式多样，能够实现高压双向变换的同时，使得电感电流连续。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1为本发明实施例提供的一种DCDC双向变换器的拓扑图。如图1所示，该DCDC双向变换器包括4组桥臂(分别为第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂和第四桥臂)，和与每组桥臂连接的电容(分别为第一桥臂对应的第一电容C1、第二桥臂对应的第二电容C2、第三桥臂对应的第三电容C3和第四桥臂对应的第四电容C4)。
每组桥臂包括第一开关管和第二开关管，如图1所示，第一开关管和第二开关管以IGBT(N沟道)为例说明。当然除了IGBT也可以为MOS管。当第一开关管和第二开关管为IGBT时，则第一开关管的第一端为集电极，第一开关管的第二端为发射极；如果为MOS管的话，则第一开关管的第一端为漏极，第一开关管的第二端为源极。
在具体实施中，每组桥臂的第一开关管和第二开关管可以为单独的器件，或者为了提高集成度，每个桥臂可以选用IGBT模块(包括两个IGBT)。
第一桥臂中包括第一开关管M1-Q1，第二开关管M1-Q2，第二桥臂中包括第一开关管M2-Q1，第二开关管M2-Q2、第三桥臂中包括第一开关管M3-Q1，第二开关管M1-Q2以及第四桥臂中包括第一开关管M4-Q1，第二开关管M4-Q2。
具体连接关系如下：
1)第一桥臂的连接关系：第一桥臂的第一开关管M1-Q1的发射极与第一桥臂的第二开关管M1-Q2的集电极连接，并作为第一桥臂的公共端，第一开关管M1-Q1的集电极作为第一桥臂的第一端与第一电容C1的第一端连接，第二开关管M1-Q2的发射极作为第一桥臂的第二端与第一电容C1的第二端连接。需要说明的是，第一电容C1是有极性的，第一电容C1的第一端为正极，第一电容C1的第二端为负极。
2)第二桥臂的连接关系：第二桥臂的第一开关管M2-Q1的发射极与第二桥臂的第二开关管M2-Q2的集电极连接，并作为第二桥臂的公共端，第一开关管M2-Q1的集电极作为第二桥臂的第一端与第二电容C2的第一端连接，第二开关管M2-Q2的发射极作为第二桥臂的第二端与第二电容C2的第二端连接。需要说明的是，第二电容C2是有极性的，第二电容C2的第一端为正极，第二电容C2的第二端为负极。
3)第三桥臂的连接关系：第三桥臂的第一开关管M3-Q1的发射极与第三桥臂的第二开关管M3-Q2的集电极连接，并作为第三桥臂的公共端，第一开关管M3-Q1的集电极作为第三桥臂的第一端与第三电容C3的第一端连接，第二开关管M3-Q2的发射极作为第三桥臂的第二端与第三电容C3的第二端连接。需要说明的是，第三电容C3是有极性的，第三电容C3的第一端为正极，第三电容C3的第二端为负极。
4)第四桥臂的连接关系：第四桥臂的第一开关管M4-Q1的发射极与第四桥臂的第二开关管M4-Q2的集电极连接，并作为第四桥臂的公共端，第一开关管M4-Q1的作为第四桥臂的第一端与第四电容C4的第一端连接，第二开关管M4-Q2的发射极作为第四桥臂的第二端与第四电容C4的第二端连接。需要说明的是，第四电容C4是有极性的，第四电容C4的第一端为正极，第四电容C4的第二端为负极。
其中，第一桥臂的公共端通过第一电感L1与第三桥臂的公共端连接，第二桥臂的公共端通过第二电感L2与第四桥臂的公共端连接。
第一桥臂对应的第一电容C1的第二端与第二桥臂对应的第二电容C2的第一端连接，第三桥臂对应的第三电容C3的第二端与第四桥臂对应的第四电容C4的第一端连接。
第一桥臂的第一端和第二桥臂的第二端分别用于与第一电源(电池组Bat)的正负极连接，第三桥臂的第一端和第四桥臂的第二端分别用于与第二电源(光伏系统，即PV)的正负极连接。
需要说明的是，图1只是一种具体的拓扑结构，该拓扑结构中第一电源为电池组，第二电源为光伏系统，但是在具体实施中，第一电源和第二电源可以具体情况选取，并不一定只有图1所示的场景，例如，第一电源可以为光伏系统，第二电源为电池组等。另外，每组桥臂的第一开关管和第二开关管可以为MOS，也可以为IGBT，如图1所示，具体为N沟道IGBT。
上述DCDC双向变换器可以实现以下四种变换：
1、当第一电源电压低于第二电源电压时实现第一电源对第二电源的放电；
2、当第一电源电压高于第二电源电压时实现第一电源对第二电源的放电；
3、当第一电源电压低于第二电源电压时实现第二电源对第一电源的放电；
4、当第一电源电压高于第二电源电压时实现第二电源对第一电源的放电。
本发明公开了以上四种变换的控制方法，为了让本领域技术人员更加清楚本发明所提供的DCDC双向变换器的控制方法，以下结合开关管的控制时序和附图，对控制方法作进一步说明。
1、当第一电源电压低于第二电源电压时实现第一电源对第二电源的放电的控制方法如下：
当需要控制第一电源对第二电源进行放电，且第一电源电压低于第二电源电压时，在一个开关周期中依次采用T1、T2时序控制所述DCDC双向变换器，在T2时序控制时，检测第一电感的电流和/或第二电感的电流是否过零，如是，则T2之后还包括T3、T4时序或T7、T8时序。其中T1～T2的时序如图8所示，具体如下：
T1时序：第一桥臂的第一开关管M1-Q1、第三桥臂的第二开关管M3-Q2、第二桥臂的第二开关管M2-Q2、第四桥臂的第一开关管M4-Q1均导通，第一桥臂的第二开关管M1-Q2、第三桥臂的第一开关管M3-Q1、第二桥臂的第一开关管M2-Q1、第四桥臂的第二开关管均关断。如图2所示，此时，电流流向为，第一电容C1的第一端(即电池组BAT+)通过第一桥臂的第一开关管M1-Q1、第一电感L1和第三桥臂的第二开关管M3-Q2、第四桥臂的第一开关管M4-Q1、第二电感L2和第二桥臂的第二开关管M2-Q2至第二电容C2的第二端(即电池组BAT-)。定义第一电感L1的电流方向从左到右为电流“正”流向，第二电感L2的电流方向从右到左为电流“正”流向，反之则为“负”流向，在下文中均采用该定义。该过程中，第一电感L1和第二电感L2电流流向均为“正”流向，且电流逐渐增大，第一电感L1和第二电感L2均储能，直到T2时序。
T2时序：第三桥臂的第二开关管M3-Q2、第四桥臂的第一开关管M4-Q1关断，且第一桥臂的第一开关管M1-Q1和第二开关管M1-Q2不同时导通、第二桥臂的第一开关管M2-Q1和第二开关管M2-Q2不同时导通。该过程有如下两种电流流向。
第一种，第一桥臂的第一开关管M1-Q1导通、第一桥臂的第二开关管M1-Q2关断、第二桥臂的第一开关管M2-Q1关断，以及第二桥臂的第二开关管M2-Q2导通。如图4所示，此时，第一电感L1通过第三桥臂的第一开关管M3-Q1的体二极管、第三电容C3(即光伏系统正极)、第四电容C4(即光伏系统负极)、第四桥臂的第二开关管M4-Q2的体二极管、第二电感L2、第二桥臂的第二开关管M2-Q2、第二电容C2(即电池组Bat-)、第一电容C1(即电池组Bat+)回至第一电感L1进行释能。
第二种，第一桥臂的第一开关管M1-Q1关断、第一桥臂的第二开关管M1-Q2关断、第二桥臂的第一开关管M2-Q1关断，以及第二桥臂的第二开关管M2-Q2关断。如图3所示，此时，第一电感L1通过第三桥臂的第一开关管M3-Q1的体二极管、第三电容C3(即光伏系统正极)、第四电容C4(即光伏系统负极)、第四桥臂的第二开关管M4-Q2的体二极管、第二电感L2、第二桥臂的第一开关管M2-Q1的体二极管、第一桥臂的第二开关管M1-Q2的体二极管回至第一电感L1进行释能。
以上2种电流流向中，第一电感L1和第二电感L2均释能，电流方向为正，且电流逐渐减小。此时，第三电容C3、第四电容C4均充电，第三电容C3和第四电容C4串联后与光伏系统并联，第三电容C3和第四电容C4充电即为光伏系统充电。
在T2时序中，当控制第一桥臂的第一开关管M1-Q1和第二桥臂的第二开关管M2-Q2均关断的时候，使该过程的电流经过第二桥臂的第一开关管M2-Q1的体二极管和第一桥臂的第二开关管M1-Q2的体二极管，而在T1时序中，电流经过第一桥臂的第一开关管M1-Q1和第二桥臂的第二开关管M2-Q2，结合T1时序和T2时序，两个工作时序分别工作在桥臂的不同开关管上，有助于分散开关管的工作应力，且利于散热。因此，T2时序中优选采用上述第二种流向。
T1、T2时序中，相当于实现第一电源对第二电源的BOOST升压，第三桥臂的第二开关管M3-Q2和第四桥臂的第一开关管M4-Q1相当于BOOST电路的高频管。当第三桥臂的第二开关管M3-Q2和第四桥臂的第一开关管M4-Q1的占空比较大时，即T1时序开通时间较长，T2时序开通时间较短，此时，T1和T2时序中第一电感和第二电感的电流均是连续的，且均为正方向，如图8所示；当占空比减小到一定值时，电感电流在开关周期结束时电流到0，恰好下一周期开始，电感又开始储能，电感电流增大，即为临界电流模式；当占空比进一步减小时，即在T2时序中电感电流逐渐减小到0，但一个开关周期并未结束，对于该情况，还包括以下T3和T4时序或T7、T8时序。当T1、T2时序之后还包括T3、T4时序时，如图9所示。
T3时序：如图7所示，第三桥臂的第一开关管M3-Q1导通、第一桥臂的第二开关管M1-Q2关断、第二桥臂的第一开关管M2-Q1关断，以及第四桥臂的第二开关管M4-Q2导通，第三桥臂的第二开关管M3-Q2关断、第四桥臂的第一开关管M4-Q1关断。此时，第三电容C3(即光伏系统正极)通过第三桥臂的第一开关管M3-Q1、第一电感L1、第一桥臂的第一开关管M1-Q1的体二极管、第一电容C1(或电池组Bat+)、第二电容C2(或电池组Bat-)、第二桥臂的第二开关管M2-Q2的体二极管、第二电感L2、第四桥臂的第二开关管M4-Q2回至第四电容C4(即光伏系统负极)。
在该过程中，第三电容C3、第四电容C4均放电，第一电容C1、第二电容C2均充电，第一电感L1和第二电感L2均储能，电流增大，但电流方向均为负。第一电容C1和第二电容C2串联后连接于电池组Bat+和Bat-之间，第一电容C1和第二电容C2充电即为电池组充电；第三电容C3和第四电容C4串联后与光伏系统并联，第三电容C3和第四电容C4放电即为光伏系统放电。
T4时序：如图6所示，第三桥臂的第一开关管M3-Q1关断、第一桥臂的第二开关管M1-Q2关断、第二桥臂的第一开关管M2-Q1关断，以及第四桥臂的第二开关管M4-Q2关断。此时，第一电感L1通过第一桥臂的第一开关管M1-Q1的体二极管、第一电容C1(即电池组Bat+)、第二电容C2(即电池组Bat-)、第二桥臂的第二开关管M2-Q2的体二极管、第二电感L2、第四桥臂的第一开关管M4-Q1的体二极管、第三桥臂的第二开关管M3-Q2的体二极管至第一电感L1进行释能。在该过程中，第一电感L1和第二电感L2均释能，电流逐渐减小，且电流方向为负，第一电容C1、第二电容C2均充电。第一电容C1和第二电容C2串联后与电池组并联，第一电容C1和第二电容C2充电即为电池组充电。
结合上述T1～T4的电流可知，在开关周期中，电感电流始终连续。在一个开关周期中，若要控制第一电源(即电池组BAT)对第二电源(即电池组BAT)进行放电，只需使第一电感L1/第二电感L2的电流正方向形成的面积大于负方向形成的面积即可，二者面积的差值即为第一电源对第二电源放电的能量。
进一步的，当第一电源电压低于第二电源电压时，在第一电感和/或第二电感的电流过零之前采用T3时序控制所述双向DCDC变换器。具体的，在T2时序使第三桥臂的第一开关管M3-Q1和第四桥臂的第二开关管M4-Q2导通，第一桥臂的第二开关管M1-Q2、第二桥臂的第一开关管M2-Q1关断。此时，第一电感L1或第二电感L2的电流为正时，电流仍然通过第三桥臂的第一开关管M3-Q1的体二极管或第四桥臂的第二开关管M4-Q2的体二极管形成回路，电流流向与原T2时序的电流流向相同，如图4、如图3所示；当第一电感L1或第二电感L2的电流减小到0时，可立即开始T3时序控制，由此可避免在T2和T3时序切换导致T3时序未能及时进行控制。
进一步的，T4时序还包括第一桥臂的第一开关管M1-Q1、第三桥臂的第二开关管M3-Q2、第二桥臂的第二开关管M2-Q2、第四桥臂的第一开关管M4-Q1均导通。此时，当第一电感L1或第二电感L2的电流为负时，电流流向与原T4时序的电流流向相同，如图6所示；当第一电感L1或第二电感L2的电流减小到0时，可立即开始下一开关周期T1时序控制，由此可避免在T4和下一开关周期T1时序切换导致T1时序未能及时进行控制。
进一步，T2和T3时序还包括第一桥臂的第一开关管M1-Q1和第二桥臂的第二开关管M2-Q2均关断。结合以上T1～T4时序可知，第一桥臂的第二开关管M1-Q2和第二桥臂的第一开关管M2-Q1在整个开关周期中均保持关断；且第一桥臂的第一开关管M1-Q1、第三桥臂的第二开关管M3-Q2、第二桥臂的第二开关管M2-Q2和第四桥臂的第一开关管M4-Q1均采用第一驱动信号，第三桥臂的第一开关管M3-Q1和第四桥臂的第二开关管M4-Q2均采用第二驱动信号，且第一驱动信号和第二驱动信号反相，可简化驱动电路，同时可降低开关管损耗。
另一实施例中，T2和T3时序还包括第一桥臂的第一开关管M1-Q1和第二桥臂的第二开关管M2-Q2均导通。结合以上T1～T4时序可知，第一桥臂的第一开关管M1-Q1和第二桥臂的第二开关管M2-Q2在整个开关周期中保持导通，第一桥臂的第二开关管M1-Q2和第二桥臂的第一开关管M2-Q1在整个开关周期中保持关断；且第三桥臂的第二开关管M3-Q2和第四桥臂的第一开关管M4-Q1均采用第一驱动信号，第三桥臂的第一开关管M3-Q1和第四桥臂的第二开关管M4-Q2均采用第二驱动信号，且第一驱动信号和第二驱动信号反相，可简化驱动电路，同时可降低开关管损耗。
当T1、T2时序之后还包括T7、T8时序时，如图10所示。
T7时序：第三桥臂的第一开关管M3-Q1导通、第一桥臂的第二开关管M1-Q2导通、第二桥臂的第一开关管M2-Q1导通、第四桥臂的第二开关管M4-Q2导通，以及第一桥臂的第一开关管M1-Q1关断、第四桥臂的第一开关管M4-Q1关断。如图5所示，此时，第三电容C3(即光伏系统正极)通过第三桥臂的第一开关管M3-Q1、第一电感L1、第一桥臂的第二开关管M1-Q2、第二桥臂的第一开关管M2-Q1、第二电感L2、第四桥臂的第二开关管M4-Q2回至第四电容C4(即光伏系统负极)。在该过程中，第三电容C3、第四电容C4均放电，第一电感L1和第二电感L2均储能，电流增大，但电流方向均为负。在该过程中，第三电容C3、第四电容C4均放电，第一电感L1和第二电感L2均储能。第三电容C3和第四电容C4串联后与光伏系统的两端并联，第三电容C3和第四电容C4放电即为光伏系统放电。
T8时序：控制第一桥臂的第二开关管M1-Q2和第二桥臂的第一开关管M2-Q1关断，且第三桥臂的第一开关管M3-Q1和第三桥臂的第二开关管M3-Q2不同时导通、第四桥臂的第一开关管M4-Q1和第四桥臂的第二开关管M4-Q2不同时导通。该过程有如下两种电流流向。
第一种，第三桥臂的第一开关管M3-Q1导通、第三桥臂的第二开关管M3-Q2关断、第四桥臂的第一开关管M4-Q1关断，以及第四桥臂的第二开关管M4-Q2导通。如图7所示，此时，第一电感L1通过第一桥臂的第一开关管M1-Q1的体二极管、第一电容C1(即电池组Bat+)、第二电容C2(即电池组Bat-)、第二桥臂的第二开关管M2-Q2的体二极管、第二电感L2、第四桥臂的第二开关管M4-Q2、第四电容C4(即光伏系统负极)、第三电容C3(即光伏系统正极)回至第一电感L1。在该过程中，第三电容C3、第四电容C4均放电，第一电容C1、第二电容C2均充电，第一电感L1和第二电感L2均储能。第一电容C1和第二电容C2串联后连接于电池组Bat+和Bat-之间，第一电容C1和第二电容C2充电即为电池组充电；第三电容C3和第四电容C4串联后与光伏系统并联，第三电容C3和第四电容C4放电即为光伏系统放电。
第二种，第三桥臂的第一开关管M3-Q1关断以及第四桥臂的第二开关管M4-Q2关断。如图6所示，此时，第一电感L1通过第一桥臂的第一开关管M1-Q1的体二极管、第一电容C1(即电池组Bat+)、第二电容C2(即电池组Bat-)、第二桥臂的第二开关管M2-Q2的体二极管、第二电感L2、第四桥臂的第一开关管M4-Q1的体二极管、第三桥臂的第二开关管M3-Q2的体二极管至第一电感L1进行释能。在该过程中，第一电感L1和第二电感L2均释能，第一电容C1、第二电容C2均充电。第一电容C1和第二电容C2串联后与电池组并联，第一电容C1和第二电容C2充电即为电池组充电。
以上2种电流流向中，第一电感L1和第二电感L2均释能，电流方向为负，且电流逐渐减小。
当T8时序中，控制第三桥臂的第一开关管M3-Q1和第四桥臂的第二开关管M4-Q2均关断，使该过程的电流通过第三桥臂的第二开关管M3-Q2的体二极管和第四桥臂的第一开关管M4-Q1的体二极管，而在T7时序中，电流通过第三桥臂的第一开关管M3-Q1和第四桥臂的第二开关管M4-Q2，结合T7时序和T8时序，两个工作时序分别工作在桥臂的不同开关管上，有助于分散开关管的工作应力，且利于散热。因此，T8时序中优选采用上述第二种电流流向。
结合上述T1、T2、T7、T8的电流可知，在开关周期中，电感电流始终连续。
进一步的，在第一电感和/或第二电感的电流过零之前采用T7时序控制所述双向DCDC变换器。具体的，在T2时序使第一桥臂的第二开关管M1-Q2、第三桥臂的第一开关管M3-Q1、第二桥臂的第一开关管M2-Q1、第四桥臂的第二开关管M4-Q2导通以及第一桥臂的第一开关管M1-Q1关断、第二桥臂的第二开关管M2-Q2关断。此时，第一电感L1或第二电感L2的电流为正时，电流流向与原T2时序的电流流向相同，如图4或图3所示；当第一电感L1或第二电感L2的电流减小到0时，可立即开始T7时序控制，由此可避免在T2和T7时序切换导致T7时序未能及时进行控制。
进一步的，T8时序还包括第一桥臂的第一开关管M1-Q1、第三桥臂的第二开关管M3-Q2、第二桥臂的第二开关管M2-Q2、第四桥臂的第一开关管M4-Q1均导通，第三桥臂的第一开关管M3-Q1和第四桥臂的第二开关管M4-Q2均关断。此时，当第一电感L1或第二电感L2的电流为负时，电流流向与原T8时序的电流流向相同，如图10或图11所示；当第一电感L1或第二电感L2的电流减小到0时，可立即开始下一开关周期T1时序控制，由此可避免在T8和下一开关周期T1时序切换导致T1时序未能及时进行控制。
结合T1、T2、T7、T8时序可知，第一桥臂的第一开关管M1-Q1、第三桥臂的第二开关管M3-Q2、第二桥臂的第二开关管M2-Q2和第四桥臂的第一开关管M4-Q1均采用第一驱动信号，第一桥臂的第二开关管M1-Q2、第三桥臂的第一开关管M3-Q1、第二桥臂的第一开关管M2-Q1和第四桥臂的第二开关管M4-Q2均采用第二驱动信号，且第一驱动信号与第二驱动信号反相，可简化驱动电路。
2、当第一电源电压高于第二电源电压时实现第一电源对第二电源的放电的控制方法如下：
当需要控制第一电源对第二电源进行放电，且第一电源电压高于第二电源电压时，在一个开关周期中依次采用T5、T6时序控制所述DCDC双向变换器，在T6时序控制时，检测第一电感的电流和/或第二电感的电流是否过零，如是，则T6之后还包括T7、T8时序或T3、T4时序。当T5、T6时序之后还包括T7、T8时序时，如图11所示，具体如下：
T5时序：第一桥臂的第一开关管M1-Q1导通、第一桥臂的第二开关管M1-Q2关断、第三桥臂的第二开关管M3-Q2关断、第四桥臂的第一开关管M4-Q1关断，以及第二桥臂的第二开关管M2-Q2导通、第二桥臂的第一开关管M2-Q1关断。如图4所示，此时，电池组Bat+(即第一电容C1的第一端)通过第一桥臂的第一开关管M1-Q1、第一电感L1、第三桥臂的第一开关管M3-Q1的体二极管、第三电容C3(即光伏系统正极)、第四电容C4(即光伏系统负极)、第四桥臂的第二开关管M4-Q2的体二极管、第二电感L2、第二桥臂的第二开关管M2-Q2回至电池组BAT-(即第二电容C2的第二端)。在该过程中，第一电容C1、第二电容C2均放电，第三电容C3、第四电容C4均充电，第一电感L1和第二电感L2均储能。第一电容C1和第二电容C2串联后连接于电池组Bat+和Bat-之间，第一电容C1和第二电容C2放电即为电池组放电；第三电容C3和第四电容C4串联后与光伏系统并联，第三电容C3和第四电容C4充电即为光伏系统充电。该过程中，第一电感L1和第二电感L2电流均为正，且电流逐渐增大，第一电感L1和第二电感L2均储能，直到T6时序。
T6时序：第一桥臂的第一开关管M1-Q1关断、第三桥臂的第二开关管M3-Q2关断、第四桥臂的第一开关管M4-Q1关断，以及第二桥臂的第二开关管M2-Q2关断。如图3所示，此时，第一电感L1通过第三桥臂的第一开关管M3-Q1的体二极管、第三电容C3(即光伏系统正极)、第四电容C4(即光伏系统负极)、第四桥臂的第二开关管M4-Q2的体二极管、第二电感L2、第二桥臂的第一开关管M2-Q1的体二极管、第一桥臂的第二开关管M1-Q2的体二极管回至第一电感L1进行释能。该过程中，第一电感L1和第二电感L2均释能，且电流方向为正，且电流逐渐减小。
T5、T6时序中，相当于实现第一电源对第二电源的BUCK降压，第一桥臂的第一开关管M1-Q1和第二桥臂的第二开关管M2-Q2相当于BUCK电路的高频管。当第一桥臂的第一开关管M1-Q1和第二桥臂的第二开关管M2-Q2的占空比较大时，即T5时序开通时间较长，T6时序开通时间较短，此时，T5和T6时序中第一电感和第二电感的电流均是连续的，且均为正方向；当占空比减小到一定值时，电感电流在开关周期结束时电流到0，恰好下一周期开始，电感又开始储能，电感电流增大，即为临界电流模式；当占空比进一步减小时，即在T6时序中电感电流逐渐减小到0，但一个开关周期并未结束，对于该情况，还包括以下T7和T8时序，如图11所示。
T7、T8时序如上所述，在此不再赘述。
结合上述T5～T8的电流可知，在开关周期中，电感电流始终连续。
进一步的，当第一电源电压高于第二电源电压时，在第一电感和/或第二电感的电流过零之前采用T7时序控制所述双向DCDC变换器。具体的，在T6时序使第一桥臂的第二开关管M1-Q2、第三桥臂的第一开关管M3-Q1、第二桥臂的第一开关管M2-Q1、第四桥臂的第二开关管M4-Q2导通。此时，第一电感L1或第二电感L2的电流为正时，电流流向与原T6时序的电流流向相同，如图3所示；当第一电感L1或第二电感L2的电流减小到0时，可立即开始T7时序控制，由此可避免在T6和T7时序切换导致T7时序未能及时进行控制。
进一步的，T8时序还包括第一桥臂的第一开关管M1-Q1、第二桥臂的第二开关管M2-Q2均导通，第三桥臂的第二开关管M3-Q2、第四桥臂的第一开关管M4-Q1均关断。此时，当第一电感L1或第二电感L2的电流为负时，电流流向与原T8时序的电流流向相同，如图6或图7所示，当第一电感L1或第二电感L2的电流减小到0时，可立即开始下一开关周期T5时序控制，由此可避免在T8和下一开关周期T5时序切换导致T5时序未能及时进行控制。
进一步的，T5时序和T8时序还包括第三桥臂的第一开关管M3-Q1和第四桥臂的第二开关管M4-Q2均关断。结合以上T5～T8时序可知，第三桥臂的第二开关管M3-Q2和第四桥臂的第一开关管M4-Q1在整个开关周期中均保持关断；且第一桥臂的第一开关管M1-Q1和第二桥臂的第二开关管M2-Q2均采用第一驱动信号，第一桥臂的第二开关管M1-Q2、第三桥臂的第一开关管M3-Q1、第二桥臂的第一开关管M2-Q1和第四桥臂的第二开关管M4-Q2均采用第二驱动信号，且第一驱动信号和第二驱动信号反相，可简化驱动电路，同时可降低开关管损耗。
另一个实施例中，T5时序和T8时序还包括第三桥臂的第一开关管M3-Q1和第四桥臂的第二开关管M4-Q2均导通。结合以上T5～T8时序可知，第三桥臂的第一开关管M3-Q1和第四桥臂的第二开关管M4-Q2在整个开关周期中保持导通，第三桥臂的第二开关管M2-Q2和第四桥臂的第一开关管M4-Q1在整个开关周期中保持关断；且第一桥臂的第二开关管M1-Q2和第二桥臂的第二开关管M2-Q2均采用第一驱动信号，第一桥臂的第二开关管M1-Q2和第二桥臂的第一开关管M2-Q1均采用第二驱动信号，且第一驱动信号和第二驱动信号反相，可简化驱动电路，同时可降低开关管损耗。
当T5、T6时序之后还包括T3、T4时序时，如图12所示，T5、T6、T3、T4时序即电流流向如上所述，在此不再赘述。
进一步的，当第一电源电压高于第二电源电压时，在第一电感和/或第二电感的电流过零之前采用T3时序控制所述双向DCDC变换器。具体的，在T6时序使第三桥臂的第一开关管M3-Q1、第四桥臂的第二开关管M4-Q2导通，第一桥臂的第二开关管M1-Q2、第二桥臂的第一开关管M2-Q1均关断。此时，第一电感L1或第二电感L2的电流为正时，电流仍然通过第三桥臂的第一开关管M3-Q1的体二极管或第四桥臂的第二开关管M4-Q2的体二极管形成回路，电流流向与原T6时序的电流流向相同，如图3所示；当第一电感L1或第二电感L2的电流减小到0时，可立即开始T3时序控制，由此可避免在T6和T3时序切换导致T3时序未能及时进行控制。
进一步的，T4时序还包括一桥臂的第一开关管M1-Q1、第二桥臂的第二开关管M2-Q2均导通，第三桥臂的第二开关管M3-Q2、第四桥臂的第一开关管M4-Q1均关断。此时，当第一电感L1或第二电感L2的电流为负时，电流流向与原T4时序的电流流向相同，如图6所示；当第一电感L1或第二电感L2的电流减小到0时，可立即开始下一开关周期T5时序控制，由此可避免在T4和下一开关周期T5时序切换导致T5时序未能及时进行控制。
进一步的，T5时序还包括第三桥臂的第一开关管M3-Q1和第四桥臂的第二开关管M4-Q2均关断，T3时序还包括第一桥臂的第一开关管M1-Q1和第二桥臂的第二开关管M2-Q2均关断。同样的，结合以上T5、T6、T3、T4时序可知，第一桥臂的第二开关管M1-Q2、第二桥臂的第一开关管M2-Q1、第三桥臂的第二开关管M3-Q2和第四桥臂的第一开关管M4-Q1在整个开关周期中保持关断，且第一桥臂的第一开关管M1-Q1和第二桥臂的第二开关管M2-Q2均采用第一驱动信号，第三桥臂的第一开关管M3-Q1和第四桥臂的第二开关管M4-Q2均采用第二驱动信号，且第一驱动信号和第二驱动信号反相，可简化驱动电路，同时可降低开关管损耗。上述控制方法中，第二桥臂的第二开关管M2-Q2与第一桥臂的第一开关管M1-Q1对应，第二桥臂的第一开关管M2-Q1与第一桥臂的第二开关管M1-Q2对应，第四桥臂的第二开关管M4-Q2与第三桥臂的第一开关管M3-Q1对应，第四桥臂的第一开关管M4-Q1与第三桥臂的第二开关管M3-Q2对应，对应的开关管采用相同的驱动信号。在实际应用中，如果彼此对应的开关管分别控制，对应开关管采用不同的占空比驱动信号，可用于控制第一电容C1和第二电容C2，或第三电容C3和第四电容C4的电位平衡。
上述提供的控制方法不论第一电源电压高于或低于第二电源电压，均能实现第一电源对第二电源进行放电，即实现第二电源进行充电，该过程中，可以将上述DCDC双向变换器中的第一电源看做是提供电力的电源，而将第二电源看做是消耗电力的负载。同样的，可以实现第二电源对第一电源进行放电。第二电源对第一电源进行放电的控制方法与上述相同，只需将两两对应的开关管的驱动互换即可。具体的如下：第一桥臂的第一开关管M1-Q1对应第三桥臂的第一开关管M3-Q1；第一桥臂的第二开关管M1-Q2对应第三桥臂的第二开关管M3-Q2；第二桥臂的第一开关管M2-Q1对应第四桥臂的第一开关管M4-Q1；第二桥臂的第二开关管M2-Q2对应第四桥臂的第二开关管M4-Q2。
3、当第一电源电压低于第二电源电压时实现第二电源对第一电源的放电
当需要控制第二电源对第一电源进行放电，且第二电源电压低于第一电源电压时，在一个开关周期中依次采用T1'、T2'时序控制所述DCDC双向变换器，在T2'时序控制时，检测第一电感的电流和/或第二电感的电流是否过零，如是，则T2'之后还包括T3'、T4'时序或T7'、T8'时序。其中T1’～T4‘、T7'、T8'时序，具体如下：
T1'时序：第三桥臂的第一开关管M3-Q1、第一桥臂的第二开关管M1-Q2均导通，第三桥臂的第二开关管M3-Q2、第一桥臂的第一开关管M1-Q1均关断；
T2'时序：第一桥臂的第二开关管M1-Q2关断；
T3'时序：第一桥臂的第一开关管M1-Q1导通；第三桥臂的第二开关管M3-Q2、第一桥臂的第二开关管M1-Q2均关断；
T4'时序：第三桥臂的第二开关管M3-Q2、第一桥臂的第一开关管M1-Q1均关断；
T7’时序：第三桥臂的第二开关管M3-Q2、第一桥臂的第一开关管M1-Q1均导通，第三桥臂的第一开关管M3-Q1、第一桥臂的第二开关管M1-Q2均关断；
T8’时序：控制第三桥臂的第二开关管M3-Q2均关断；
且，第二桥臂的第二开关管M2-Q2与第一桥臂的第一开关管M1-Q1的驱动相同，第二桥臂的第一开关管M2-Q1与第一桥臂的第二开关管M1-Q2的驱动相同，第四桥臂的第二开关管M4-Q2与第三桥臂的第一开关管M3-Q1的驱动相同，第四桥臂的第一开关管M4-Q1与第三桥臂的第二开关管M3-Q2时序相同。具体电流流向，结合开关管的导通情况与上述电流流向相似，具体的不再赘述。
4、当第一电源电压高于第二电源电压时实现第二电源对第一电源的放电
当需要控制第二电源对第一电源进行放电，且第二电源电压高于第一电源电压时，在一个开关周期中依次采用T5’、T6‘时序控制所述DCDC双向变换器，在T6’时序控制时，检测第一电感的电流和/或第二电感的电流是否过零，如是，则T6’之后还包括T7’、T8‘时序或T3’、T4’时序；其中T5’～T8’、T3’、T4’时序，具体如下：
T5’时序：第三桥臂的第一开关管M3-Q1导通；第一桥臂的第二开关管M1-Q2、第三桥臂的第二开关管M3-Q2均关断；
T6’时序：第三桥臂的第一开关管M3-Q1、第一桥臂的第二开关管M1-Q2均关断；
T7’时序：第三桥臂的第二开关管M3-Q2、第一桥臂的第一开关管M1-Q1均导通，第三桥臂的第一开关管M3-Q1、第一桥臂的第二开关管M1-Q2均关断；
T8’时序：控制第三桥臂的第二开关管M3-Q2均关断；
T3'时序：第一桥臂的第一开关管M1-Q1导通；第三桥臂的第二开关管M3-Q2、第一桥臂的第二开关管M1-Q2均关断；
T4'时序：第三桥臂的第二开关管M3-Q2、第一桥臂的第一开关管M1-Q1均关断；
且，第二桥臂的第二开关管M2-Q2与第一桥臂的第一开关管M1-Q1的驱动相同，第二桥臂的第一开关管M2-Q1与第一桥臂的第二开关管M1-Q2的驱动相同，第四桥臂的第二开关管M4-Q2与第三桥臂的第一开关管M3-Q1的驱动相同，第四桥臂的第一开关管M4-Q1与第三桥臂的第二开关管M3-Q2时序相同。具体电流流向，结合开关管的导通情况与上述流向相似，具体的不再赘述。
同样的，当控制第二电源对第一电源进行放电，即控制第一电源进行充电，可以将上述DCDC双向变换器中的第二电源看做是提供电力的电源，而将第一电源看做是消耗电力的负载。
以上对本发明所提供的DCDC双向变换器进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物品或者设备不仅包括那些要素，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、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
Claims (10)
1.一种DCDC双向变换器的控制方法，所述DCDC双向变换器包括4组桥臂，和与每组所述桥臂连接的电容，每组所述桥臂包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管的第二端与所述第二开关管的第一端连接，并作为所述桥臂的公共端，所述第一开关管的第一端作为所述桥臂的第一端与所述电容的第一端连接，所述第二开关管的第二端作为所述桥臂的第二端与所述电容的第二端连接，
其中，第一桥臂的公共端通过第一电感与第三桥臂的公共端连接，第二桥臂的公共端通过第二电感与第四桥臂的公共端连接，
所述第一桥臂对应的电容的第二端与所述第二桥臂对应的电容的第一端连接，所述第三桥臂对应的电容的第二端与所述第四桥臂对应的电容的第一端连接，
所述第一桥臂的第一端和所述第二桥臂的第二端分别用于与第一电源的正负极连接，所述第三桥臂的第一端和所述第四桥臂的第二端分别用于与第二电源的正负极连接；
所述控制方法，其特征在于，
获取第一电源对第二电源进行放电的控制需求；
采样当前第一电源的电压和第二电源的电压；
当第一电源电压低于第二电源电压时；
在一个控制周期中依次采用T1、T2时序控制所述DCDC双向变换器，在T2时序控制时，检测第一电感的电流和/或第二电感的电流是否过零，如是，则T2之后还包括T3、T4时序或T7、T8时序；
当第一电源电压高于第二电源电压时，在一个开关周期中依次采用T5、T6时序控制所述DCDC双向变换器，在T6时序控制时，检测第一电感的电流和/或第二电感的电流是否过零，如是，则T6之后还包括T3、T4时序或T7、T8时序或T3、T4时序；
T1时序：第一桥臂的第一开关管、第三桥臂的第二开关管均导通，第一桥臂的第二开关管、第三桥臂的第一开关管均关断；
T2时序：第三桥臂的第二开关管关断；
T3时序：第三桥臂的第一开关管导通；第一桥臂的第二开关管、第三桥臂的第二开关管均关断；
T4时序：第一桥臂的第二开关管、第三桥臂的第一开关管均关断；
T5时序：第一桥臂的第一开关管导通；第一桥臂的第二开关管、第三桥臂的第二开关管均关断；
T6时序：第一桥臂的第一开关管、第三桥臂的第二开关管均关断；
T7时序：第一桥臂的第二开关管、第三桥臂的第一开关管均导通，第一桥臂的第一开关管、第三桥臂的第二开关管均关断；
T8时序：控制第一桥臂的第二开关管均关断；
其中，第二桥臂的第二开关管与第一桥臂的第一开关管的驱动相同，第二桥臂的第一开关管与第一桥臂的第二开关管的驱动相同，第四桥臂的第二开关管与第三桥臂的第一开关管的驱动相同，第四桥臂的第一开关管与第三桥臂的第二开关管时序相同。
2.根据权利要求1所述控制方法，其特征在于：当开关周期依次是T1、T2、T3、T4时序时，在第一电感和/或第二电感的电流过零之前采用T3时序控制所述DCDC双向变换器；当开关周期依次是T1、T2、T7、T8时序时，在第一电感和/或第二电感的电流过零之前采用T7时序控制所述DCDC双向变换器；当开关周期依次是T5、T6、T7、T8时序时，在第一电感和/或第二电感的电流过零之前采用T7时序控制所述DCDC双向变换器；当开关周期依次是T5、T6、T3、T4时序时，在第一电感和/或第二电感的电流过零之前采用T3时序控制所述DCDC双向变换器。
3.根据权利要求1所述控制方法，其特征在于：当开关周期依次是T1、T2、T3、T4时序时，T2时序还包括第三桥臂的第一开关管导通、第一桥臂的第二开关管关断；当开关周期依次是T1、T2、T7、T8时序时，T2时序还包括第一桥臂的第二开关管、第三桥臂的第一开关管均导通；当开关周期依次是T5、T6、T7、T8时序时，T6时序还包括第一桥臂的第二开关管、第三桥臂的第一开关管均导通；当开关周期依次是T5、T6、T3、T4时序时，T6时序还包括第三桥臂的第一开关管导通、第一桥臂的第二开关管关断。
4.根据权利要求3所述控制方法，其特征在于：当开关周期依次是T1、T2、T3、T4时序时，T4时序还包括第一桥臂的第一开关管、第三桥臂的第二开关管均导通；当开关周期依次是T1、T2、T7、T8时序时，T8时序还包括第一桥臂的第一开关管、第三桥臂的第二开关管均导通；当开关周期依次是T5、T6、T7、T8时序时，T8时序还包括第一桥臂的第一开关管导通，第三桥臂的第二开关管关断；当开关周期依次是T5、T6、T3、T4时序时，T4时序还包括第一桥臂的第一开关管导通，第三桥臂的第二开关管关断。
5.根据权利要求4所述控制方法，其特征在于：T2时序还包括第一桥臂的第一开关管关断，T8时序还包括第三桥臂的第一开关管关断。
6.根据权利要求5所述控制方法，其特征在于：T3时序还包括第一桥臂的第一开关管关导通；T5时序还包括第三桥臂的第一开关管导通。
7.根据权利要求1-5任一项所述控制方法，其特征在于：第一桥臂的第一开关管的第一驱动信号和第三桥臂的第一开关管的第二驱动信号反相。
8.根据权利要求7所述控制方法，其特征在于：当开关周期依次是T1、T2、T7、T8时序时，第一桥臂的第一开关管和第三桥臂的第二开关管均采用第一驱动信号，第一桥臂的第二开关管和第三桥臂的第一开关管均采用第二驱动信号；当开关周期依次是T1～T4时序时，第一桥臂的第二开关管在一个开关周期中保持关断；当开关周期依次是T5～T8时序时，第三桥臂的第二开关管在一个开关周期中保持关断；当开关周期依次是T5、T6、T3、T4时序时，第一桥臂的第二开关管和第三桥臂的第二开关管在一个开关周期中保持关断。
9.根据权利要求1所述的DCDC双向变换器，其特征在于，所述第一开关管和所述第二开关管为IGBT或MOS管。
10.根据权利要求1所述的DCDC双向变换器，其特征在于，所述第一桥臂对应的电容和所述第二桥臂对应的电容的参数均相同，所述第三桥臂对应的电容和所述第四桥臂对应的电容的参数均相同。
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