CN111596130A - 一种利用谐振频率检测技术提高能量路由器效率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用谐振频率检测技术提高能量路由器效率的方法，属于电力电子变压器控制技术领域。该技术方案包括，通过软件对谐振电流零点进行实时检测，并通过DSP(8)对谐振频率进行计算，根据运算结果，缓慢调整系统的开关频率，最终使系统的开关频率等于谐振频率。本发明应用于电力电子变压器的隔离级DC‑DC拓扑方面，可在自然状态下实现IGBT(13，14，15，16，17，18，19，20)的ZCS关断，降低系统损耗，具有控制方案简单、提高能量转换效率的优势。
Description
技术领域
本发明涉及PET控制技术领域，尤其涉及一种利用谐振频率检测技术提高能量路由器效率的方法。
背景技术
谐振型双有源桥的基本原理是利用高频变压器(2)的漏感与谐振电容发生串联谐振，以谐振电容的初始电压为激励，通过谐振腔的周期性震荡实现能量的传输过程。谐振型双有源桥拓扑结构(1)在正常运行过程中，高压侧H桥(5)和低压侧H桥(6)的IGBT信号完全一致。当能量由前级高压侧(3)流向后级低压侧(4)的时候，前级高压侧(3)通过IGBT实现逆变，后级低压侧(4)通过功率二极管实现自然整流。当能量由后级低压侧(4)流向前级高压侧(3)的时候，后级低压侧(4)通过IGBT实现逆变，前级高压侧(3)通过功率二极管实现自然整流。因其能量传递过程依靠的是电容和漏感之间的自然谐振，其谐振型双有源桥拓扑结构(1)本身并不具备可控性。能量的传递方向，依靠的也是外界条件，而非谐振型双有源桥拓扑结构(1)本身所控制。所以当谐振频率与开关频率不一致时，IGBT(13，14，15，16，17，18，19，20)会发生硬关断，从而造成谐振型双有源桥拓扑结构(1)损耗增大。
在PET中，谐振型双有源桥拓扑结构(1)因其可以实现自然状态下的零电流关断，所以具有较高的效率，是PET中经常选用的拓扑结构。利用谐振频率检测技术，控制IGBT(13，14，15，16，17，18，19，20)在零电流时刻关断，可避免IGBT(13，14，15，16，17，18，19，20)发生硬关断，从而提高谐振型双有源桥拓扑结构(1)的效率。
发明内容
本发明针对上述缺陷及需求，提供一种利用谐振频率检测技术提高能量路由器效率的方法，在保证能量双向流动的情况下，通过软件对谐振频率进行实时检测，并根据检测结果实时调整开关频率大小，控制IGBT(13，14，15，16，17，18，19，20)在谐振电流归零时刻关断，提高PET的效率。
为实现上述目的，本发明提供一种利用谐振频率检测技术提高能量路由器效率的方法，所述的方法包括如下步骤：
步骤1：PET的隔离级DC-DC使用谐振型双有源桥拓扑结构(1)，谐振型双有源桥拓扑结构(1)一般由高频变压器(2)分为前级高压侧(3)和后级低压侧(4)。高压侧H桥(5)和低压侧H桥(6)均采用为IGBT反并联二极管的结构，既可以实现整流又可以实现逆变，为能量的双向流动提供回路。变压器采用高频变压器(2)，一方面实现能量的传输，另一方面由于频率的提高，可以缩小设备的体积。
步骤2：设备正常运行过程中，为了防止IGBT的上下管造成直通，需要留出一定的死区时间。所以高压侧H桥(5)和低压侧H桥(6)的控制信号设置为占空比为49％的互补信号。在开始启动阶段，控制开关频率低于谐振频率，此时IGBT(13，14，15，16，17，18，19，20)为硬关断状态，损耗比较大。
步骤3：通过谐振频率检测软件(7)在谐振频率检测点(9)对谐振电流的过零点进行实时检测，并将检测结果发送给DSP(8)，由DSP(8)对检测数据进行运算，计算出谐振型双有源桥拓扑结构(1)此时的谐振频率。根据计算结果，把开关频率慢慢增大到谐振频率相同大小，既由实线位置(10)调节到虚线位置(11)。此时IGBT(13，14，15，16，17，18，19，20)在电流为0时刻关断，可以实现ZCS功能，降低谐振型双有源桥拓扑结构(1)损耗。
步骤4：在调节完成之后，仍然需要对谐振频率进行实时检测，以便判断谐振型双有源桥拓扑结构(1)的开关频率与谐振频率之差是否处在允许误差范围之内。若处于合理误差范围之内，则保持谐振型双有源桥拓扑结构(1)稳定运行，若超出误差允许范围，则需要重复步骤3继续对谐振型双有源桥拓扑结构(1)的开关频率进行调整。
所述高频变压器(2)，实现了PET前级高压侧(3)与后级低压侧(4)的隔离，同时利用参数集成理论，使用高频变压器(2)的漏感代替谐振电感(12)，减小了设备的体积。
所述高压侧H桥(5)和低压侧H桥(6)的驱动信号都是占空比为49％的驱动信号，能量的流动完全由外界条件进行决定，不涉及复杂的控制方案。
所述谐振型双有源桥拓扑结构(1)利用软件对谐振频率进行实时监控，并根据检测结果实时调整开关频率的大小，进而控制IGBT(13，14，15，16，17，18，19，20)在电流为0时刻关断，实现ZCS功能，降低谐振型双有源桥拓扑结构(1)的损耗。
一方面由于器件参数的差异，另一方面由于负载的变化，这些都会引起谐振频率的细微变化。在正常运行过程中，需要对谐振频率进行实时检测反馈，控制IGBT(13，14，15，16，17，18，19，20)能够在一定误差范围内实现零电流时刻关断。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
(1)本发明方案简单易行，并不涉及复杂的控制方案。
(2)本发明方案通过软件实现对谐振频率的实时检测，通过检测结果，控制谐振型双有源桥拓扑结构(1)的开关频率等于谐振频率，进而控制IGBT(13-20)在电流为0时刻关断，降低了IGBT(13，14，15，16，17，18，19，20)的关断损耗，提高了PET的效率。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明利用谐振频率检测技术提高能量路由器效率的方法的PET拓扑结构图。
图2为本发明利用谐振频率检测技术提高能量路由器效率的方法的PET隔离级DC-DC拓扑结构图。
图3为本发明利用谐振频率检测技术提高能量路由器效率的方法的PET中双有源桥正常运行工况下的电压电流波形。
图4为本发明利用谐振频率检测技术提高能量路由器效率的方法的PET中开关频率调节框图。
具体实施方式
以下，结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的描述。
一种利用谐振频率检测技术提高能量路由器效率的方法，包括如下步骤：
步骤1：图1为电力电子变压器常用拓扑结构图，每一相有N个模组构成，总共3N个模组。其单模组结构包含级联型H桥拓扑结构(21)和谐振型双有源桥拓扑结构(1)。级联型H桥拓扑结构(21)实现AC-DC整流，谐振型双有源桥拓扑结构(1)实现隔离和DC-DC变化。级联型H桥拓扑结构(21)通过级联，可降低功率器件的耐压要求。谐振型双有源桥拓扑结构(1)通过并联，可降低对开关管的通流能力要求。
步骤2：PET的隔离级DC-DC使用谐振型双有源桥拓扑结构(1)，如图2所示。图中所示结构由高频变压器(2)分为前级高压侧(3)和后级低压侧(4)。高压侧H桥(5)和低压侧H桥(6)均采用为IGBT反并联二极管的结构，既可以实现整流又可以实现逆变，为能量的双向流动提供回路。变压器采用高频变压器(2)，一方面实现能量的传输，另一方面由于频率的提高，可以缩小设备的体积。
步骤3：设备正常运行过程中，为了防止IGBT的上下管造成直通，需要留出一定的死区时间。所以高压侧H桥(5)和低压侧H桥(6)的控制信号设置为占空比为49％的互补信号。在开始启动阶段，控制开关频率低于谐振频率，此时IGBT(13，14，15，16，17，18，19，20)为硬关断状态，损耗比较大，其波形如图3所示
步骤4：通过软件对谐振电流的过零点进行实时检测，并将检测结果发送给DSP(8)，由DSP(8)对检测数据进行运算，计算出谐振型双有源桥拓扑结构(1)此时的谐振频率。根据计算结果，把开关频率慢慢增大到谐振频率相同大小，既由实线位置(10)调节到虚线位置(11)。此时IGBT(13，14，15，16，17，18，19，20)在电流为0时刻关断，可以实现ZCS功能，降低谐振型双有源桥拓扑结构(1)损耗。
步骤5：在调节完成之后，仍然需要对谐振频率进行实时检测，以便判断谐振型双有源桥拓扑结构(1)的开关频率与谐振频率之差是否处在允许误差范围之内。若处于合理误差范围之内，则保持谐振型双有源桥拓扑结构(1)稳定运行，若超出误差允许范围，则需要重复步骤3继续对谐振型双有源桥拓扑结构(1)的开关频率进行调整。其调节过程如图4所示。
变压器采用高频变压器(2)，一方面通过高频化的实现，大大降低了设备体积，提高了功率密度。一方面实现了PET前级高压侧(3)和后级低压侧(4)的隔离。另一方面同时利用参数集成理论，使用高频变压器(2)的漏感代替了谐振电感。
高压侧H桥(5)和低压侧H桥(6)的驱动信号都是占空比为49％的驱动信号，这样的驱动信号可以给能量的流动最大自由度，其流动方向完全由外界条件进行决定，不涉及复杂的控制方案。
利用软件对谐振频率进行实时监控，并根据检测结果实时调整开关频率的大小，进而控制IGBT(13，14，15，16，17，18，19，20)在电流为0时刻关断，实现ZCS功能，降低谐振型双有源桥拓扑结构(1)的损耗。
一方面由于器件参数的差异，另一方面由于负载的变化，这些都会引起谐振频率的细微变化。在正常运行过程中，需要对谐振频率进行实时检测反馈，控制IGBT(13，14，15，16，17，18，19，20)能够在一定误差范围内实现零电流时刻关断。
Claims (5)
1.一种利用谐振频率检测技术提高能量路由器效率的方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：
步骤1：PET的结构中隔离级DC-DC使用谐振型双有源桥拓扑结构(1)，谐振型双有源桥拓扑结构(1)一般由高频变压器(2)分为前级高压侧(3)和后级低压侧(4)；高压侧H桥(5)和低压侧H桥(6)均采用为IGBT反并联二极管的结构，既可以实现整流又可以实现逆变，为能量的双向流动提供回路；变压器采用高频变压器(2)，一方面实现能量的传输，另一方面由于频率的提高，可以缩小设备的体积；
步骤2：设备正常运行过程中，为了防止上下管造成直通，需要留出一定的死区时间；所以高压侧H桥(5)和低压侧H桥(6)的控制信号设置为占空比为49％的互补信号；在开始启动阶段，控制开关频率低于谐振频率，此时IGBT(13，14，15，16，17，18，19，20)为硬关断状态，损耗比较大；
步骤3：对谐振电流进行实时采集，并且通过谐振频率检测软件(7)对谐振电流进行实时检测，谐振频率检测点(9)在变压器的前级回路中，检测结果发送给DSP(8)，由DSP(8)对检测数据进行运算，计算出谐振型双有源桥拓扑结构(1)此时的谐振频率；根据计算结果，把开关频率慢慢增大到谐振频率相同大小，既由实线位置(10)调节到虚线位置(11)；此时IGBT(13，14，15，16，17，18，19，20)在电流为0时刻关断，可以实现ZCS功能，降低谐振型双有源桥拓扑结构(1)损耗；
步骤4：在调节完成之后，仍然需要对谐振频率进行实时检测，以便判断谐振型双有源桥拓扑结构(1)的开关频率与谐振频率之差是否处在允许误差范围之内；若处于合理误差范围之内，则保持谐振型双有源桥拓扑结构(1)稳定运行，若超出误差允许范围，则需要重复步骤3继续对谐振型双有源桥拓扑结构(1)的开关频率进行调整。
2.根据权利要求1所述的一种利用谐振频率检测技术提高能量路由器效率的方法，其特征在于，所述高频变压器(2)，实现了PET前级高压侧(3)与后级低压侧(4)的隔离，同时利用参数集成理论，使用高频变压器(2)的漏感代替谐振电感(12)，减小了设备的体积。
3.根据权利要求1所述的一种利用谐振频率检测技术提高能量路由器效率的方法，其特征在于，所述前级高压侧(3)和后级低压侧(4)的驱动信号都是占空比为49％的驱动信号，能量的流动完全由外界条件进行决定，不涉及复杂的控制方案。
4.根据权利要求1所述的一种利用谐振频率检测技术提高能量路由器效率的方法，其特征在于，所述谐振型双有源桥拓扑结构(1)开始启动后，首先以默认开关频率运行，此时利用谐振频率检测软件(7)在谐振频率检测点(9)对谐振频率进行实时监控，并根据检测结果计算开关频率与谐振频率之间的差值，并对所得差值进行判断是否在允许的范围50Hz之内；若在正常范围50Hz之内，则使谐振型双有源桥拓扑结构(1)继续按当前开关频率运行；若超出运行范围50Hz，则需要及时调整开关频率的大小，使开关频率与谐振频率之间差值维持在误差范围50Hz之内，进而控制IGBT(13，14，15，16，17，18，19，20)在电流为0时刻关断，实现ZCS功能，降低谐振型双有源桥拓扑结构(1)的损耗。
5.根据权利要求1所述的一种利用谐振频率检测技术提高能量路由器效率的方法，其特征在于，一方面由于器件参数的差异，另一方面由于负载的变化，这些都会引起谐振频率的细微变化；在谐振型双有源桥拓扑结构(1)正常运行过程中，需要对谐振频率进行实时检测反馈，控制IGBT(13，14，15，16，17，18，19，20)能够在一定误差范围50Hz内实现零电流时刻关断。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113655318A (zh) * | 2021-08-18 | 2021-11-16 | 中车青岛四方车辆研究所有限公司 | Llc谐振异常的检测装置及方法 |
| CN114336953A (zh) * | 2020-09-30 | 2022-04-12 | 西安西电高压开关有限责任公司 | 一种能量路由器的控制方法、中央控制器及能量路由器 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102023286A (zh) * | 2010-11-30 | 2011-04-20 | 中国工程物理研究院流体物理研究所 | 串联谐振充电电源的零电流检测电路及设计方法 |
| JP2017209015A (ja) * | 2017-09-04 | 2017-11-24 | 株式会社東芝 | 沿面放電素子駆動用電源回路 |
| CN109728633A (zh) * | 2019-01-17 | 2019-05-07 | 中国科学院电工研究所 | 一种非接触供电装置的直接谐振频率相位跟踪控制方法 |
| CN109768716A (zh) * | 2019-03-07 | 2019-05-17 | 中国科学院电工研究所 | 一种电力电子变压器的控制方法 |
| CN109861548A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-06-07 | 中国科学院电工研究所 | 一种混合功率模块型直流变压器 |
-
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102023286A (zh) * | 2010-11-30 | 2011-04-20 | 中国工程物理研究院流体物理研究所 | 串联谐振充电电源的零电流检测电路及设计方法 |
| JP2017209015A (ja) * | 2017-09-04 | 2017-11-24 | 株式会社東芝 | 沿面放電素子駆動用電源回路 |
| CN109728633A (zh) * | 2019-01-17 | 2019-05-07 | 中国科学院电工研究所 | 一种非接触供电装置的直接谐振频率相位跟踪控制方法 |
| CN109768716A (zh) * | 2019-03-07 | 2019-05-17 | 中国科学院电工研究所 | 一种电力电子变压器的控制方法 |
| CN109861548A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-06-07 | 中国科学院电工研究所 | 一种混合功率模块型直流变压器 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114336953A (zh) * | 2020-09-30 | 2022-04-12 | 西安西电高压开关有限责任公司 | 一种能量路由器的控制方法、中央控制器及能量路由器 |
| CN114336953B (zh) * | 2020-09-30 | 2023-10-03 | 西安西电高压开关有限责任公司 | 一种能量路由器的控制方法、中央控制器及能量路由器 |
| CN113655318A (zh) * | 2021-08-18 | 2021-11-16 | 中车青岛四方车辆研究所有限公司 | Llc谐振异常的检测装置及方法 |
| CN113655318B (zh) * | 2021-08-18 | 2023-08-25 | 中车青岛四方车辆研究所有限公司 | Llc谐振异常的检测装置及方法 |
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