CN110875683A - 一种冗余交错并联dc-dc变换器及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种冗余交错并联DC‑DC变换器及其控制方法，所述变换器包括输入滤波电容、直流电抗器、桥式电路1、桥式电路2、输出滤波电容和控制装置；直流电抗器包含六个支路；桥式电路为三相全桥结构，两个桥式电路低压侧分别接入直流电抗器支路，输出端正极、负极对应并联后接入输出滤波电容；所述控制方法为控制单元同时控制两个桥式电路，每个桥式电路采用三相交错控制，两个桥式电路基准载波相位差为60°，实现单个桥式电路三相交错运行和两个桥式电路六相交错运行的冗余结构。本发明具有结构紧凑、电流纹波小，系统成本低、满足低压大电流的接入需求等优点，同时在单个桥式电路故障时能够保证低电流纹波继续运行，可靠性高。

Description

一种冗余交错并联DC-DC变换器及其控制方法
技术领域
本发明属于电力电子变换器领域，特别涉及一种冗余交错并联DC-DC变换器及其控制方法。
背景技术
DC-DC变换器在航空航天电源、电池储能系统等领域具有广泛的应用，DC-DC变换器结构多种多样。在非隔离应用领域，双向半桥结构DC-DC变换器具有较低的电气应力，可以选择额定参数较低的器件，有利于提高系统的效率，降低成本。但是，单一桥臂结构由于功率单元容量限制及开关管应力等因素影响，无法满足大容量领域需求；同时，单电感滤波后直流电流纹波较大，为了减低直流电流纹波，需要增大电感，导致变换器体积和成本增加。
交错并联结构由于直流电流纹波小，滤波电感小，容量大等优势受到业界关注。如专利CN106787738A公开一种多相交错的直流变换器，通过每个桥臂相差360°/K来实现交错并联运行，其中K为并联桥臂个数。但是，在开关管故障或驱动回路故障等因素导致某个桥臂故障时，会引起系统交错效果降低甚至导致整个系统停机，不具备冗余特性。因此，亟需提供一种结构紧凑、电流纹波小，系统成本低、满足低压大电流的接入需求，同时能够实现稳定、控制效果良好的冗余运行的变换器。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种冗余交错并联DC-DC变换器及其控制方法，其具有结构紧凑、电流纹波小，系统成本低、满足低压大电流的接入需求等优点，同时在单个桥式电路故障时能够保证低电流纹波继续运行，可靠性高。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种冗余交错并联DC-DC变换器，包括：输入滤波电容、直流电抗器、桥式电路1、桥式电路2、输出滤波电容；
所述直流电抗器由六个并联支路组成，包含一个输入端六个输出端，其输入端和输入滤波电容正极相连，输出端前三个支路分别接入桥式电路1，后三个支路分别接入桥式电路2；
所述桥式电路1和桥式电路2均为三相全桥结构，三个输入端和电抗器支路相连，输出端为正极和负极；桥式电路1和桥式电路2输出端正极、负极对应并联后接入输出滤波电容。
上述方案中：所述直流电抗器六个支路电感值相同，每个支路额定电流相同；
所述桥式电路1和桥式电路2的每个桥臂包含两个开关管和两个二极管，两个开关管分为上管和下管，上管和下管互补导通；开关管和二极管反向并联，二极管实现续流功能。
上述方案中：还包括控制装置，所述控制装置包含模拟量采集单元、数字量采集单元、控制保护单元；一个控制装置完成两个桥式电路的协调控制和监视，保证基准载波时序高度一致。
所述模拟量采集单元，用于采集输入电容电压，直流电抗器六个支路电流、输出电容电压，输出电流；
所述数字量采集单元，用于采集外部控制开入信号、开关位置信号；
所述控制保护单元，用于根据采集的模拟量和数字量进行逻辑运算、保护功能实现和桥式电路驱动信号生成。
本发明还提出了一种上述冗余交错并联DC-DC变换器的控制方法：桥式电路1、桥式电路2的相邻桥臂开关管均采用交错120°的脉宽调制方式，每个桥臂的上管和下管互补导通控制；桥式电路1和桥式电路2对应桥臂的载波相位差为60°。
上述方案中：桥式电路1或桥式电路2任一电路故障时，变换器控制模式为：
1)检测到桥式电路1故障时，桥式电路1脉冲闭锁；当Pref≤Ps_max时，桥式电路2继续单独运行；当Pref＞Ps_max时，桥式电路2也脉冲闭锁；
2)检测到桥式电路2故障时，桥式电路2脉冲闭锁；当Pref≤Ps_max时，桥式电路1继续单独运行；当Pref＞Ps_max时，桥式电路1也脉冲闭锁；
其中，Pref为DC-DC变换器功率参考值；Ps_max为单一桥式电路运行功率上限。
采用上述方案后，本发明的有益效果是：
(1)本发明采用多相交错并联结构的DC-DC变换器，满足大容量接入场合需求；同时，减小直流滤波电感体积和成本，降低直流电流纹波，提升变换器的控制精度；
(2)基于三相全桥的功率模块，构成桥式电路1和桥式电路2。每个桥式电路各自三相交错控制，彼此之间实现六相交错控制，实现功率回路的冗余运行，提升变换器可靠性；共用一个控制装置，彼此载波时序高度一致，同时减小设备体积。
附图说明
图1是本发明所涉及的冗余交错并联DC-DC变换器结构示意图；
图2是本发明实施例中桥式电路1单独运行结构示意图；
图3是本发明实施例中桥式电路2单独运行结构示意图；
图4是本发明所涉及DC-DC变换器控制脉冲时序示意图图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。
本发明所述的一种冗余交错并联DC-DC变换器结构示意图如图1所示，及包括输入滤波电容、直流电抗器、桥式电路1、桥式电路2、输出滤波电容和控制装置；直流电抗器由六个并联支路组成，包含一个输入端六个输出端，其输入端并联后和输入滤波电容正极相连，输出端前三个支路分别接入桥式电路1，后三个支路分别接入桥式电路2。桥式电路1和桥式电路2均为三相全桥结构，每个桥臂包含两个开关管和两个二极管，两个开关管分为上管和下管，上管和下管互补导通；开关管和二极管反向并联，二极管实现续流功能。每个桥式电路的三个输入端和电抗器支路对应相连，输出端为正极和负极；桥式电路1和桥式电路2输出端正极、负极对应并联后接入输出滤波电容。
本发明所述的变换器采用一台控制装置进行模拟量采集、数字量采集和控制保护算法等。采集模拟量包括：输入电容电压，直流电抗器六个支路电流、输出电容电压，输出电流等；数字量采集包括：外部控制开入信号、开关位置信号等；控制保护单元根据采集的模拟量和数字量进行逻辑运算、保护功能实现和桥式电路驱动信号生成等。
控制装置实时监测桥式电路的状态，当出现开关管故障、驱动故障、过温报警等信号时，控制装置控制变换器对应的桥式电路闭锁运行。本实施例中桥式电路1单独运行结构图如图2所示。当功率指令Pref小于单一桥式电路运行功率上限Ps_max时，桥式电路1正常运行，桥式电路2对应的开关管脉冲闭锁；当功率指令Pref大于单一桥式电路运行功率上限Ps_max时，桥式电路1也脉冲闭锁。本实施例中桥式电路2单独运行结构图如图3所示。当功率指令Pref小于单一桥式电路运行功率上限Ps_max时，桥式电路2正常运行，桥式电路1对应的开关管脉冲闭锁；当功率指令Pref大于单一桥式电路运行功率上限Ps_max时，桥式电路2也脉冲闭锁。在此控制逻辑下，变换器的两个桥式电路可以实现冗余运行，提高变换器的可靠性。
如图4所示，桥式电路1和桥式电路2三个桥臂的开关管控制信号相位差均为120°，保证桥式电路1或桥式电路2在单独运行时满足三相交错并联控制，减小直流电流纹波，提高系统稳定性。同时，桥式电路1桥臂1开关管和桥式电路2桥臂1开关管、桥式电路1桥臂2开关管和桥式电路2桥臂2开关管、桥式电路1桥臂3开关管和桥式电路2桥臂3开关管的相位差均为60°，这样变换器实现了六相交错并联控制，保证良好的控制性能。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种冗余交错并联DC-DC变换器，其特征在于，包括：输入滤波电容、直流电抗器、桥式电路1、桥式电路2、输出滤波电容；
所述直流电抗器由六个并联支路组成，包含一个输入端六个输出端，其输入端和输入滤波电容正极相连，输出端前三个支路分别接入桥式电路1，后三个支路分别接入桥式电路2；
所述桥式电路1和桥式电路2均为三相全桥结构，三个输入端和电抗器支路相连，输出端为正极和负极；桥式电路1和桥式电路2输出端正极、负极对应并联后接入输出滤波电容。
2.如权利要求1所述的一种冗余交错并联DC-DC变换器，其特征在于：所述直流电抗器六个支路电感值相同，每个支路额定电流相同；
所述桥式电路1和桥式电路2的每个桥臂包含两个开关管和两个二极管，两个开关管分为上管和下管，上管和下管互补导通；开关管和二极管反向并联，二极管实现续流功能。
3.如权利要求1所述的一种冗余交错并联DC-DC变换器，其特征在于：还包括控制装置，所述控制装置包含模拟量采集单元、数字量采集单元、控制保护单元；一个控制装置完成两个桥式电路的协调控制和监视，保证基准载波时序高度一致。
4.如权利要求3所述的一种冗余交错并联DC-DC变换器，其特征在于：所述模拟量采集单元，用于采集输入电容电压，直流电抗器六个支路电流、输出电容电压，输出电流；
所述数字量采集单元，用于采集外部控制开入信号、开关位置信号；
所述控制保护单元，用于根据采集的模拟量和数字量进行逻辑运算、保护功能实现和桥式电路驱动信号生成。
5.一种用于权利要求1-4任一项所述的冗余交错并联DC-DC变换器的控制方法，其特征在于：桥式电路1、桥式电路2的相邻桥臂开关管均采用交错120°的脉宽调制方式，每个桥臂的上管和下管互补导通控制；桥式电路1和桥式电路2对应桥臂的载波相位差为60°。
6.如权利要求5所述的冗余交错并联DC-DC变换器的控制方法，其特征在于：桥式电路1或桥式电路2任一电路故障时，变换器控制模式为：
1)检测到桥式电路1故障时，桥式电路1脉冲闭锁；当Pref≤Ps_max时，桥式电路2继续单独运行；当Pref＞Ps_max时，桥式电路2也脉冲闭锁；
2)检测到桥式电路2故障时，桥式电路2脉冲闭锁；当Pref≤Ps_max时，桥式电路1继续单独运行；当Pref＞Ps_max时，桥式电路1也脉冲闭锁；
其中，Pref为DC-DC变换器功率参考值；Ps_max为单一桥式电路运行功率上限。
7.一种用于权利要求1-4任一项所述的冗余交错并联DC-DC变换器的控制方法，其特征在于：桥式电路1或桥式电路2任一电路故障时，变换器控制模式为：
1)检测到桥式电路1故障时，桥式电路1脉冲闭锁；当Pref≤Ps_max时，桥式电路2继续单独运行；当Pref＞Ps_max时，桥式电路2也脉冲闭锁；
2)检测到桥式电路2故障时，桥式电路2脉冲闭锁；当Pref≤Ps_max时，桥式电路1继续单独运行；当Pref＞Ps_max时，桥式电路1也脉冲闭锁；
其中，Pref为DC-DC变换器功率参考值；Ps_max为单一桥式电路运行功率上限。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112769335A (zh) * 2021-02-26 2021-05-07 许继电源有限公司 一种多相交错并联型dc-dc变换器输出电流控制方法及其系统
CN114337206A (zh) * 2021-12-16 2022-04-12 天津城建大学 电流纹波的消除方法、装置、存储介质及电子设备

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103722284A (zh) * 2013-12-30 2014-04-16 江苏博大数控成套设备有限公司 交错并联等离子切割电源
CN103887999A (zh) * 2012-12-20 2014-06-25 北京动力源科技股份有限公司 一种非隔离交错并联的控制方法及装置
WO2015108614A1 (en) * 2014-01-15 2015-07-23 Abb Technology Ag Modular, multi-channel, interleaved power converters
WO2015108613A1 (en) * 2014-01-15 2015-07-23 Abb Technology Ag Interleaved multi-channel, multi-level, multi-quadrant dc-dc converters
CN106787738A (zh) * 2017-03-14 2017-05-31 华中科技大学 一种多相交错并联直流变换器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103887999A (zh) * 2012-12-20 2014-06-25 北京动力源科技股份有限公司 一种非隔离交错并联的控制方法及装置
CN103722284A (zh) * 2013-12-30 2014-04-16 江苏博大数控成套设备有限公司 交错并联等离子切割电源
WO2015108614A1 (en) * 2014-01-15 2015-07-23 Abb Technology Ag Modular, multi-channel, interleaved power converters
WO2015108613A1 (en) * 2014-01-15 2015-07-23 Abb Technology Ag Interleaved multi-channel, multi-level, multi-quadrant dc-dc converters
CN106787738A (zh) * 2017-03-14 2017-05-31 华中科技大学 一种多相交错并联直流变换器

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112769335A (zh) * 2021-02-26 2021-05-07 许继电源有限公司 一种多相交错并联型dc-dc变换器输出电流控制方法及其系统
CN112769335B (zh) * 2021-02-26 2022-08-19 许继电源有限公司 一种多相交错并联型dc-dc变换器输出电流控制方法及其系统
CN114337206A (zh) * 2021-12-16 2022-04-12 天津城建大学 电流纹波的消除方法、装置、存储介质及电子设备
CN114337206B (zh) * 2021-12-16 2023-10-31 天津城建大学 电流纹波的消除方法、装置、存储介质及电子设备

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