CN109713886B - 对母线电容放电的方法、系统、电压变换器及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种对母线电容放电的方法、系统、电压变换器及存储介质，该方法适用于电压变换器，变换器包括母线电容、依次连接的斩波单元、变压器和整流单元，且母线电容连接至斩波单元，电压变换器还包括处理器，处理器的输出端分别连接至斩波单元中各开关管的控制端，方法包括：在接收到母线电容放电指令时，获取与放电指令对应的开关管控制策略；根据开关管控制策略控制各开关管的开关，以通过各开关管的开关损耗释放母线电容的电能，当母线电容的电压减小到预设电压阈值时，结束主动放电控制。本发明通过开关管的损耗释放母线电容的电能，不增加额外的放电器件，成本低，节省变换器的体积。
Description
技术领域
本发明实施例涉及电力电子领域，更具体地说，涉及一种对母线电容放电的方法、系统、电压变换器及存储介质。
背景技术
在新能源电动汽车上，在停车或故障时，要求高压侧母线上的直流变换器(即DC/DC电源)能主动将母线电容上的能量在很短的时间内放掉。
如图1所示，为实现母线电容快速放电，可在直流变换器的低压侧使用电阻R1串联开关管Q7，或者如图2所示，在直流变换器的高压侧使用电阻R1串联开关管Q7，当直流变换器接收到放电命令时，通过控制开关管Q7将母线电容能量通过电阻快速消耗。
然而，上述方法需要在现有电路上增加额外的开关管和电阻，因而成本较高。并且，由于系统要求的放电时间短、电容能量大，电阻的瞬态功率很大，需要选用功率较大的电阻，因而无法缩小直流变换器的体积。
发明内容
本发明实施例提供一种对母线电容放电的方法、系统、电压变换器及存储介质，旨在解决在现有直流变换器中，采用额外开关管和电阻对母线电容放电的方法所存在的成本高、无法缩小直流变换器体积的问题。
本发明实施例解决上述技术问题的技术方案是，提供一种对母线电容放电的方法，适用于电压变换器，所述电压变换器包括母线电容、依次电性连接的斩波单元、变压器和整流单元，且所述母线电容的一端连接至所述斩波单元的第一输入端，所述母线电容的另一端连接至所述斩波单元的第二输入端，所述电压变换器还包括处理器，所述处理器的输出端分别连接至所述斩波单元中各开关管的控制端，所述方法包括采用所述处理器执行以下步骤：
在接收到母线电容放电指令时，获取与所述放电指令对应的开关管控制策略；所述母线电容放电指令携带有母线电容的当前电压及放电时间，所述开关管控制策略包括所述斩波单元中各个开关管的开关频率和占空比；
根据所述开关管控制策略控制所述斩波单元中各开关管的开关，以通过所述斩波单元中各开关管的开关损耗释放所述母线电容的电能，当所述母线电容的电压减小到预设电压阈值时，结束主动放电控制；
其中，所述斩波单元中各个开关管的开关频率和占空比与所述母线电容的当前电压、放电时间及所述预设电压阈值相关。
在本发明实施例所述的对母线电容放电的方法中，当所述斩波单元为全桥电路时，所述开关管控制策略为：
控制所述全桥电路内同一桥臂上的上桥臂开关管和下桥臂开关管互补导通，且所述全桥电路内两个上桥臂管或两个下桥臂管不同时导通，并使各个开关管以固定开关频率和占空比工作；或者，
控制所述全桥电路内同一桥臂上的上桥臂开关管和下桥臂开关管互补导通，且所述全桥电路内两个上桥臂管或两个下桥臂管不同时导通，并在放电过程中，根据所述母线电容的电压变化实时调整各个开关管的开关频率和占空比。
在本发明实施例所述的对母线电容放电的方法中，当所述斩波单元为半桥电路时，所述开关管控制策略为：
控制所述半桥电路的上桥臂开关管和下桥臂开关管互补导通，并使各个开关管以固定开关频率和占空比工作；或者，
控制所述半桥电路内上桥臂开关管和下桥臂开关管互补导通，并在放电过程中，根据所述母线电容的电压变化实时调整各个开关管的开关频率和占空比。
在本发明实施例所述的对母线电容放电的方法中，所述预设电压阈值为60V。
本发明实施例还提供一种对母线电容放电的系统，适用于电压变换器，所述电压变换器包括母线电容、依次电性连接的斩波单元、变压器和整流单元，且所述母线电容的一端连接至所述斩波单元的第一输入端，所述母线电容的另一端连接至所述斩波单元的第二输入端，所述电压变换器还包括处理器，所述处理器的输出端分别连接至所述斩波单元中各开关管的控制端，所述处理器包括：
开关管控制策略获取单元，用于在接收到母线电容放电指令时，获取与所述放电指令对应的开关管控制策略；所述母线电容放电指令携带有母线电容的当前电压及放电时间，所述开关管控制策略包括所述斩波单元中各个开关管的开关频率和占空比；
主动放电控制单元，用于根据所述开关管控制策略控制所述斩波单元中各开关管的开关，以通过所述斩波单元中各开关管的开关损耗释放所述母线电容的电能，当所述母线电容的电压减小到预设电压阈值时，结束主动放电控制；
其中，所述斩波单元中各个开关管的开关频率和占空比与所述母线电容的当前电压、放电时间及所述预设电压阈值相关。
在本发明实施例所述的对母线电容放电的系统中，当所述斩波单元为全桥电路时，所述开关管控制策略为：
控制所述全桥电路内同一桥臂上的上桥臂开关管和下桥臂开关管互补导通，且所述全桥电路内两个上桥臂管或两个下桥臂管不同时导通，并使各个开关管以固定开关频率和占空比工作；或者，
控制所述全桥电路内同一桥臂上的上桥臂开关管和下桥臂开关管互补导通，且所述全桥电路内两个上桥臂管或两个下桥臂管不同时导通，并在放电过程中，根据所述母线电容的电压变化实时调整各个开关管的开关频率和占空比。
在本发明实施例所述的对母线电容放电的系统中，当所述斩波单元为半桥电路时，所述开关管控制策略为：
控制所述半桥电路的上桥臂开关管和下桥臂开关管互补导通，并使各个开关管以固定开关频率和占空比工作；或者，
控制所述半桥电路内上桥臂开关管和下桥臂开关管互补导通，并在放电过程中，根据所述母线电容的电压变化实时调整各个开关管的开关频率和占空比。
在本发明实施例所述的对母线电容放电的系统中，所述预设电压阈值为60V。
本发明实施例还提供一种电压变换器，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器执行的计算机程序，且所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的对母线电容放电的方法的步骤。
本发明实施例还提供一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的对母线电容放电的方法的步骤。
本发明实施例提供的一种对母线电容放电的方法、系统、电压变换器及存储介质具有以下有益效果：通过开关管的开关损耗及变压器的损耗快速释放母线电容的电能，不增加额外的主动放电器件，成本低，节省直流变换器的体积；且发波逻辑简单，对软件及控制的要求低，应用范围广。
附图说明
图1是现有对母线电容放电的方法的第一实施例；
图2是现有对母线电容放电的方法的第二实施例；
图3是本发明实施例提供的对母线电容放电的方法的流程示意图；
图4是本发明实施例提供的电压变换器中斩波单元为全桥电路的示意图；
图5是本发明实施例提供的电压变换器中斩波单元为半桥电路的示意图；
图6本发明实施例提供的电压变换器开关管的工作波形图；
图7是本发明实施例提供的电压变换器示意图。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明实施例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实施例，并不用于限定本发明实施例。
如图3所示，是本发明实施例提供的对母线电容放电的方法的流程示意图，该对母线电容放电的方法，适用于电压变换器，如图4所示，该电压变换器具体可包括母线电容C1、依次电性连接的斩波单元4、变压器T和整流单元5，且母线电容C1的一端连接至斩波单元4的第一输入端，母线电容C1的另一端连接至斩波单元4的第二输入端；本发明实施例提供的电压变换器还包括处理器，处理器的输出端分别连接至斩波单元4中各开关管的控制端。具体地，本发明实施例提供的对母线电容放电的方法包括采用处理器执行以下步骤：
步骤S1：在接收到母线电容放电指令时，获取与放电指令对应的开关管控制策略；母线电容C1放电指令携带有母线电容的当前电压及放电时间，开关管控制策略包括斩波单元中各个开关管的开关频率和占空比。
上述开关管具体可以为IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)或二极管。上述开关管控制策略可通过PWM(Pulse WidthModulation，脉冲宽度调制)波实现，其可由驱动电路(每一开关管对应一个驱动电路)根据开关管控制策略生成，斩波单元中各个开关管的开关频率即为PWM波的频率，斩波单元中各个开关管的开通时间与PWM波的占空比相关。
上述放电控制信号具体可为PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)波，其可由驱动电路(每一开关管对应一个驱动电路)根据微控制单元的控制信号生成，放电控制信号的控制频率即为PWM波的频率。
步骤S2：根据开关管控制策略控制斩波单元中各开关管的开关，以通过斩波单元4中各开关管的开关损耗释放母线电容C1的电能，当母线电容C1的电压减小到预设电压阈值(具体可设置为60V)时，结束主动放电控制。
其中，斩波单元4中各个开关管的开关频率和占空比与母线电容C1的当前电压、放电时间及预设电压阈值相关。
具体地，如图4所示，当斩波单元4为全桥电路时，上述开关管控制策略为：
控制全桥电路内同一桥臂上的上桥臂开关管和下桥臂开关管互补导通，即Q1和Q2互补导通或Q3和Q4互补导通，且全桥电路内两个上桥臂管或两个下桥臂管不同时导通，即Q1和Q3不同时导通，Q2和Q4不同时导通，并使各个开关管以固定开关频率和占空比工作，该固定开关频率和占空比具体可根据不同场合中直流母线电容的当前电压、放电时间及预设电压阈值等提前设置。具体地，上述固定开关频率和占空比可与母线电容C1的放电时间负相关，即要求的主动放电时间越短，主动放电控制信号的控制频率越高，占空比越大。此外，上述固定开关频率和占空比可与母线电容C1的当前电压和预设电压阈值之差正相关，即母线电容C1的当前电压与预设电压阈值之差越高，主动放电控制信号的控制频率越高，占空比越大。
或者，控制全桥电路内同一桥臂上的上桥臂开关管和下桥臂开关管互补导通，且全桥电路内两个上桥臂管或两个下桥臂管不同时导通，并在放电过程中，根据母线电容C1的电压变化实时调整各个开关管的开关频率和占空比。具体通过以下方式实时调整：将放电过程划分为多个放电阶段，每个放电阶段起始点处检测一次母线电容C1电压，根据母线电容C1电压剩余放电时间重新计算一次开关频率和占空比，这样相对于固定频率和占空比控制可以提高放电控制精度。
如图5所示，当斩波单元为半桥电路时，开关管控制策略为：
控制半桥电路的上桥臂开关管Q1和下桥臂开关管Q2互补导通，并使各个开关管以固定开关频率和占空比工作，该固定开关频率和占空比具体可根据不同场合中直流母线电容的当前电压、放电时间及预设电压阈值等提前设置。具体地，上述固定开关频率和占空比可与母线电容C1的放电时间负相关，即要求的主动放电时间越短，主动放电控制信号的控制频率越高，占空比越大。此外，上述固定开关频率和占空比可与母线电容C1的当前电压与预设电压阈值之差正相关，即母线电容C1的当前电压越高与预设电压阈值之差越高，主动放电控制信号的控制频率越高，占空比越大。
或者，控制半桥电路内上桥臂开关管Q1和下桥臂开关管Q2互补导通，并在放电过程中，根据母线电容C1的电压变化实时调整各个开关管的开关频率和占空比。具体通过以下方式实时调整：将放电过程划分为多个放电阶段，每个放电阶段起始点处检测一次母线电容C1电压，根据母线电容C1电压剩余放电时间重新计算一次开关频率和占空比，这样相对于固定频率和占空比控制可以提高放电控制精度。
在半桥电路中，上桥臂开关管Q1功率端点之间的电压为V1，下桥臂开关管Q2功率端点之间的电压为V2。在开关管控制策略下，上述下桥臂开关管Q2的工作波形如图6所示，其中示波器1通道为下桥臂开关管Q2的驱动波形，2通道为下桥臂开关管Q2的功率端点的电流波形，3通道为下桥臂开关管Q2功率端点的电压波形。
在下桥臂开关管Q2导通之前，下桥臂开关管Q2的功率端点之间的电压较高，即结电容C4上电压V2较高；在下桥臂开关管Q2导通瞬间，结电容C4通过下桥臂开关管Q2快速放电，产生较大电流，电压及电流的交叠产生开关损耗。在下桥臂开关管Q2关断，上桥臂开关管Q1导通的半周期也有相同的过程。且在这个开关过程中，变压器T被励磁及退磁，变压器T磁芯产生铜损和铁损，加快放电速度。在整个斩波单元4的开关管的开关过程中，电压变换器产生的输出电压被低压电池箝位。
本发明实施例提供的对母线电容放电的方法不仅适用于原边为全桥、半桥的直流变换器，也适用于原边为单端或双端电路，副边为整流电路的电压变换器。
本发明实施例提供的对母线电容放电的方法通过开关管的开关损耗及变压器T的损耗快速释放母线电容C1的电能，不增加额外的主动放电器件，成本低，节省直流变换器的体积；且发波逻辑简单，对软件及控制的要求低，应用范围广。
本发明实施例还提供一种对母线电容放电的系统，适用于电压变换器，变换器包括母线电容、依次电性连接的斩波单元、变压器和整流单元，且母线电容的一端连接至斩波单元的第一输入端，母线电容的另一端连接至斩波单元的第二输入端，电压变换器还包括处理器，处理器的输出端分别连接至斩波单元中各开关管的控制端，处理器包括：
开关管控制策略获取单元，用于在接收到母线电容放电指令时，获取与放电指令对应的开关管控制策略；母线电容放电指令携带有母线电容的当前电压及放电时间，开关管控制策略包括斩波单元中各个开关管的开关频率和占空比。
主动放电控制单元，用于根据开关管控制策略控制斩波单元中各开关管的开关，以通过斩波单元中各开关管的开关损耗释放母线电容的电能，当母线电容的电压减小到预设电压阈值(具体可设置为60V)时，结束主动放电控制。
其中，斩波单元中各个开关管的开关频率和占空比与母线电容的当前电压、放电时间及预设电压阈值相关。
当上述斩波单元为全桥电路时，开关管控制策略为：
控制全桥电路内同一桥臂上的上桥臂开关管和下桥臂开关管互补导通，且全桥电路内两个上桥臂管或两个下桥臂管不同时导通，并使各个开关管以固定开关频率和占空比工作。
或者，控制全桥电路内同一桥臂上的上桥臂开关管和下桥臂开关管互补导通，且全桥电路内两个上桥臂管或两个下桥臂管不同时导通，并在放电过程中，根据母线电容的电压变化实时调整各个开关管的开关频率和占空比。
当上述斩波单元为半桥电路时，开关管控制策略为：
控制半桥电路的上桥臂开关管和下桥臂开关管互补导通，并使各个开关管以固定开关频率和占空比工作。
或者，控制半桥电路内上桥臂开关管和下桥臂开关管互补导通，并在放电过程中，根据母线电容的电压变化实时调整各个开关管的开关频率和占空比。
本发明实施例还提供一种电压变换器6，如图7所示，该电压变换器6包括存储器61和处理器62，存储器61中存储有可在处理器62执行的计算机程序，且处理器62执行计算机程序时实现如上所述的一种对母线电容放电的方法的步骤。本实施例中的电压变换器6与上述图3对应实施例中的对母线电容放电的方法属于同一构思，其具体实现过程详细见对应的方法实施例，且方法实施例中的技术特征在本设备实施例中均对应适用，这里不再赘述。
本发明实施例还提供一种存储介质，存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现如上所述一种对母线电容放电的方法的步骤。本实施例中的存储介质与上述图3对应实施例中的一种对母线电容放电的方法属于同一构思，其具体实现过程详细见对应的方法实施例，且方法实施例中的技术特征在本设备实施例中均对应适用，这里不再赘述。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种对母线电容放电的方法，适用于电压变换器，所述电压变换器包括母线电容、依次电性连接的斩波单元、变压器和整流单元，且所述母线电容的一端连接至所述斩波单元的第一输入端，所述母线电容的另一端连接至所述斩波单元的第二输入端，其特征在于，所述电压变换器还包括处理器，所述处理器的输出端分别连接至所述斩波单元中各开关管的控制端，所述方法包括采用所述处理器执行以下步骤：
在接收到母线电容放电指令时，获取与所述放电指令对应的开关管控制策略；所述母线电容放电指令携带有母线电容的当前电压及放电时间，所述开关管控制策略包括所述斩波单元中各个开关管的开关频率和占空比；
根据所述开关管控制策略控制所述斩波单元中各开关管的开关，以通过所述斩波单元中各开关管的开关损耗及所述变压器的损耗释放所述母线电容的电能，当所述母线电容的电压减小到预设电压阈值时，结束主动放电控制；
其中，所述斩波单元中各个开关管的开关频率和占空比与所述母线电容的放电时间负相关，且所述斩波单元中各个开关管的开关频率和占空比与所述母线电容的当前电压和预设电压阈值之差正相关，根据所述母线电容的电压变化调整各个开关管的开关频率和占空比，以使得所述母线电容在不同的放电过程中能够以不同的放电速度进行放电。
2.根据权利要求1所述的对母线电容放电的方法，其特征在于，当所述斩波单元为全桥电路时，所述开关管控制策略为：
控制所述全桥电路内同一桥臂上的上桥臂开关管和下桥臂开关管互补导通，且所述全桥电路内两个上桥臂管或两个下桥臂管不同时导通，并使各个开关管以固定开关频率和占空比工作；或者，
控制所述全桥电路内同一桥臂上的上桥臂开关管和下桥臂开关管互补导通，且所述全桥电路内两个上桥臂管或两个下桥臂管不同时导通，并在放电过程中，根据所述母线电容的电压变化实时调整各个开关管的开关频率和占空比。
3.根据权利要求1所述的对母线电容放电的方法，其特征在于，当所述斩波单元为半桥电路时，所述开关管控制策略为：
控制所述半桥电路的上桥臂开关管和下桥臂开关管互补导通，并使各个开关管以固定开关频率和占空比工作；或者，
控制所述半桥电路内上桥臂开关管和下桥臂开关管互补导通，并在放电过程中，根据所述母线电容的电压变化实时调整各个开关管的开关频率和占空比。
4.根据权利要求2或3所述的对母线电容放电的方法，其特征在于，所述预设电压阈值为60V。
5.一种对母线电容放电的系统，适用于电压变换器，所述电压变换器包括母线电容、依次电性连接的斩波单元、变压器和整流单元，且所述母线电容的一端连接至所述斩波单元的第一输入端，所述母线电容的另一端连接至所述斩波单元的第二输入端，其特征在于，所述电压变换器还包括处理器，所述处理器的输出端分别连接至所述斩波单元中各开关管的控制端，所述处理器包括：
开关管控制策略获取单元，用于在接收到母线电容放电指令时，获取与所述放电指令对应的开关管控制策略；所述母线电容放电指令携带有母线电容的当前电压及放电时间，所述开关管控制策略包括所述斩波单元中各个开关管的开关频率和占空比；
主动放电控制单元，用于根据所述开关管控制策略控制所述斩波单元中各开关管的开关，以通过所述斩波单元中各开关管的开关损耗及所述变压器的损耗释放所述母线电容的电能，当所述母线电容的电压减小到预设电压阈值时，结束主动放电控制；
其中，所述斩波单元中各个开关管的开关频率和占空比与所述母线电容的放电时间负相关，且所述斩波单元中各个开关管的开关频率和占空比与及所述母线电容的当前电压和预设电压阈值之差正相关，根据所述母线电容的电压变化调整各个开关管的开关频率和占空比，以使得所述母线电容在不同的放电过程中能够以不同的放电速度进行放电。
6.根据权利要求5所述的对母线电容放电的系统，其特征在于，当所述斩波单元为全桥电路时，所述开关管控制策略为：
控制所述全桥电路内同一桥臂上的上桥臂开关管和下桥臂开关管互补导通，且所述全桥电路内两个上桥臂管或两个下桥臂管不同时导通，并使各个开关管以固定开关频率和占空比工作；或者，
控制所述全桥电路内同一桥臂上的上桥臂开关管和下桥臂开关管互补导通，且所述全桥电路内两个上桥臂管或两个下桥臂管不同时导通，并在放电过程中，根据所述母线电容的电压变化实时调整各个开关管的开关频率和占空比。
7.根据权利要求5所述的对母线电容放电的系统，其特征在于，当所述斩波单元为半桥电路时，所述开关管控制策略为：
控制所述半桥电路的上桥臂开关管和下桥臂开关管互补导通，并使各个开关管以固定开关频率和占空比工作；或者，
控制所述半桥电路内上桥臂开关管和下桥臂开关管互补导通，并在放电过程中，根据所述母线电容的电压变化实时调整各个开关管的开关频率和占空比。
8.根据权利要求6或7所述的对母线电容放电的系统，其特征在于，所述预设电压阈值为60V。
9.一种电压变换器，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器执行的计算机程序，且所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-4中任一项所述的对母线电容放电的方法的步骤。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-4中任一项所述的对母线电容放电的方法的步骤。
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