CN111600489B - 一种应用于能量路由器的dab开关频率自适应方法 - Google Patents
一种应用于能量路由器的dab开关频率自适应方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111600489B CN111600489B CN202010232814.3A CN202010232814A CN111600489B CN 111600489 B CN111600489 B CN 111600489B CN 202010232814 A CN202010232814 A CN 202010232814A CN 111600489 B CN111600489 B CN 111600489B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- frequency
- switching frequency
- resonant
- current
- resonant frequency
- 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
Links
Images
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
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
- H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
- H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
- H02M3/33584—Bidirectional converters
-
- 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
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
- H02M1/0054—Transistor switching losses
- H02M1/0058—Transistor switching losses by employing soft switching techniques, i.e. commutation of transistors when applied voltage is zero or when current flow is zero
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
- Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种应用于能量路由器的DAB开关频率自适应方法，属于电力电子变压器控制技术领域。该技术方案包括，检测谐振电流过零点，实时检测电流谐振频率、计算频率值，判断谐振频率与开关频率的大小关系，调节开关频率使其与谐振频率接近。以检测驱动信号上升沿代替检测电流第一个过零点作为计数开始，以检测到罗氏线圈过零检测电路输出电平下降沿作为计数结束标志，根据开始标志信号和结束标志信号计算出电流谐振频率，根据谐振频率来调节开关频率，达到零电流关断、降低开关损耗的目的。本发明应用于电力电子变压器效率提升方面，解决开关损耗较大，效率较低的问题，具有设计方案简易、检测精度较高、效率提升显著的优势。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子变压器控制技术领域，尤其涉及一种实现电力电子变压器中SRC-DAB开关频率自适应的方法。
背景技术
一种应用于能量路由器的DAB开关频率自适应方法，主要应用于串联谐振式双有源桥的电力电子变压器控制方案。电力电子变压器，是一种将电力电子变换技术与基于电磁感应原理的高频电能变换技术进行结合，实现电力系统中电压变换与能量传递的新型智能变压器。与传统变压器相比还可实现无功功率补偿、电能质量调节、电网互联、新能源并网、系统潮流控制等诸多功能。
串联谐振式双有源桥是电力电子变压器常用拓扑结构，该结构可以实现自然状态下的零电流关断，开关损耗较小，且能够方便地实现能量的双向流动，提高电力电子变压器的效率。其基本原理是利用高频变压器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。因为漏感与电容之间的串联谐振是系统本身固有特性，具有不可控性，所以当串联谐振式双有源桥系统的IGBT开关频率与系统的谐振频率不一致时，会导致IGBT发生硬关断，因而会增大系统损耗，造成整机效率下降。利用FPGA检测系统谐振频率，将IGBT开关频率调节到与谐振频率接近，达到频率自适应的目的，使IGBT关断电流减小，系统损耗降低。
发明内容
本发明针对上述缺陷及需求，一种应用于能量路由器的DAB开关频率自适应方法，在保证能量双向流动的基础上通过FPGA检测谐振电流频率，根据谐振频率调节开关频率，达到开关频率自适应的目的，以实现零电流关断。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种应用于能量路由器的DAB开关频率自适应方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1：电力电子变压器后级拓扑结构为串联谐振型双有源桥结构。串联谐振式双有源桥分为高压侧和低压侧，两侧H桥均采用为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。采用高频变压器，可以实现能量的传输，缩小设备的体积。对谐振频率进行检测，调节开关频率与谐振频率一致，可以实现IGBT零电流关断，降低开关过程损耗；
步骤2：以高压侧H桥1、4管的驱动信号开始时刻作为谐振电流上升过零点时刻，以罗氏线圈过零检测电路检测到谐振电流下降过零点时刻作为结束标志。FPGA检测到驱动信号上升沿后开始计时，经过20us的等待时间，开始检测罗氏线圈输入信号的下降沿，检测到下降沿后FPGA计时结束，开始根据所检测谐振电流上升和下降过零点的数值计算谐振频率；
步骤3：当FPGA计算频率结束，等待DSP下发模式切换指令。当工作模式切换到同步模式后，将检测到的谐振频率值与开关频率值进行比较，谐振频率检测值超过7KHz和10KHz的限定范围则维持原开关频率不变，此项目的在于防止谐振频率检测值有误，造成IGBT开关频率过高，损害器件。如果谐振频率小于开关频率，则将开关频率逐步减小，直到与谐振频率接近。如果谐振频率大于开关频率，则将开关频率逐步增大，直到与谐振频率接近。此时IGBT接近实现零电流关断功能，系统损耗大大降低；
步骤4：在开关频率调节完成之后，仍然对电流谐振频率进行实时检测，实时判断开关频率与谐振频率之差的绝对值是否在谐振允许的误差范围之内。如果开关频率在谐振频率±12HZ的范围内，则维持原开关频率不变，系统仍正常稳定运行。如果超出范围，则重复步骤3的内容，继续进行比较，调整开关频率直到再次进入稳定范围。
所述步骤1中采用IGBT反并联二极管的结构，能实现整流和逆变，为能量双向流动提供回路。高压变压器实现高低压隔离，同时减小设备体积。调节开关频率与谐振频率接近，实现频率自适应，可以有效降低开关损耗，提高系统效率。
所述步骤2中利用罗氏线圈检测谐振电流，通过过零比较电路来检测电流过零点，可以在大电流下实现过零检测得到的谐振频率换算为谐振周期误差小于0.5us，从而提高谐振频率检测的精度，调节开关频率与谐振频率更接近。
所述步骤3中对开关频率的调节分状态逐步进行的，开关频率与谐振频率的大小和差值决定了开关频率调节的方向和调节的步长。控制IGBT在电流接近零时刻关断,可以降低系统损耗。
所述步骤4中由于各个设备的谐振频率存在一定的偏差，所以在设备运行时需要对谐振频率进行实时检测，判断是否在误差允许的范围内，超出范围及时进行调节，保证IGBT能实现接近零电流关断。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：本发明方案简单易行，控制方案复杂度低，效果明显，通过硬件电路进行过零点检测，检测精度高。通过对电流谐振频率进行实时检测，对开关频率进行实时调节，控制IGBT零电流时刻关断，有效降低了损耗。
附图说明
构成本申请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为电力电子变压器拓扑结构图。
图2为串联谐振式双有源桥结构图。
图3为频率自适应程序框图。
图4为频率自适应控制流程图。
图5为开关频率与谐振频率相等时的波形图。
图6为关断电流波形图。
图7为调节之前的谐振电流波形图。
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。
本发明提供了一种应用于能量路由器的DAB开关频率自适应方法，可用于电力电子变压器控制领域，具有提高系统效率的优点。
本发明应用的电力电子变压器拓扑结构图如图1所示，其频率自适应程序流程图如图3所示，频率自适应控制流程图如图4，图4中所述方法包括如下步骤：
步骤1：电力电子变压器后级拓扑结构为串联谐振型双有源桥结构。串联谐振式双有源桥，其拓扑图如图2所示，分为高压侧和低压侧，两侧H桥均采用为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。采用高频变压器，可以实现能量的传输，缩小设备的体积。对谐振频率进行检测，调节开关频率与谐振频率一致，可以实现IGBT零电流关断，降低开关过程损耗；
步骤2：以高压侧H桥1、4管的驱动信号开始时刻作为谐振电流上升过零点时刻，以罗氏线圈过零检测电路检测到谐振电流下降过零点时刻作为结束标志。FPGA检测到驱动信号上升沿后开始计时，经过20us的等待时间，开始检测罗氏线圈输入信号的下降沿，检测到下降沿后FPGA计时结束，开始根据所检测谐振电流上升和下降过零点的数值计算谐振频率；
步骤3：当FPGA计算频率结束，等待DSP下发模式切换指令。当工作模式切换到同步模式后，将检测到的谐振频率值与开关频率值进行比较，谐振频率检测值超过7KHz和10KHz的限定范围则维持原开关频率不变，此项目的在于防止谐振频率检测值有误，造成IGBT开关频率过高，损害器件。如果谐振频率小于开关频率，则将开关频率逐步减小，直到与谐振频率接近。如果谐振频率大于开关频率，则将开关频率逐步增大，直到与谐振频率接近。此时IGBT接近实现零电流关断功能，系统损耗大大降低；
步骤4：在开关频率调节完成之后，仍然对电流谐振频率进行实时检测，实时判断开关频率与谐振频率之差的绝对值是否在谐振允许的误差范围之内。如果开关频率在谐振频率±12HZ的范围内，则维持原开关频率不变，系统仍正常稳定运行。如果超出范围，则重复步骤3的内容，继续进行比较，调整开关频率直到再次进入稳定范围。
所述步骤1中采用IGBT反并联二极管的结构，能实现整流和逆变，为能量双向流动提供回路。高压变压器实现高低压隔离，同时减小设备体积。调节开关频率与谐振频率接近，实现频率自适应，可以有效降低开关损耗，提高系统效率。
所述步骤2中利用罗氏线圈检测谐振电流，通过过零比较电路来检测电流过零点，可以在大电流下实现过零检测得到的谐振频率换算为谐振周期误差小于0.5us，从而提高谐振频率检测的精度，调节开关频率与谐振频率更接近。
所述步骤3中对开关频率的调节分状态逐步进行的，开关频率与谐振频率的大小和差值决定了开关频率调节的方向和调节的步长。控制IGBT在电流接近零时刻关断，可以降低系统损耗。
所述步骤4中由于各个设备的谐振频率存在一定的偏差，所以在设备运行时需要对谐振频率进行实时检测，判断是否在误差允许的范围内，超出范围及时进行调节，保证IGBT能实现接近零电流关断。
结果验证：实际测试结果图5～图7所示。图5是开关频率未调节时谐振电流波形。图6是将开关频率调节与谐振频率接近时的驱动信号波形和电流波形，可以看到实现了零电流或小电流关断功能。图7是开关频率调节到谐振频率大小后关断时刻电流值，可以看到关断电流小于1A。
Claims (5)
1.一种应用于能量路由器的DAB开关频率自适应方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
步骤1：电力电子变压器后级拓扑结构为串联谐振型双有源桥结构，串联谐振式双有源桥分为高压侧和低压侧，两侧H桥均采用为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；采用高频变压器，可以实现能量的传输，缩小设备的体积，对谐振频率进行检测，调节开关频率与谐振频率一致，可以实现IGBT零电流关断，降低开关过程损耗；
步骤2：以高压侧H桥1、4管的驱动信号开始时刻作为谐振电流上升过零点时刻，以罗氏线圈过零检测电路检测到谐振电流下降过零点时刻作为结束标志；FPGA检测到驱动信号上升沿后开始计时，经过20us的等待时间，开始检测罗氏线圈输入信号的下降沿，检测到下降沿后FPGA计时结束，开始根据所检测谐振电流上升和下降过零点的数值计算谐振频率；
步骤3：当FPGA计算频率结束，等待DSP下发模式切换指令；当工作模式切换到同步模式后，将检测到的谐振频率值与开关频率值进行比较，谐振频率检测值超过7KHz和10KHz的限定范围则维持原开关频率不变，此项目的在于防止谐振频率检测值有误，造成IGBT开关频率过高，损害器件；如果谐振频率小于开关频率，则将开关频率逐步减小，直到与谐振频率接近；如果谐振频率大于开关频率，则将开关频率逐步增大，直到与谐振频率接近；此时IGBT接近实现零电流关断功能，系统损耗大大降低；
步骤4：在开关频率调节完成之后，仍然对电流谐振频率进行实时检测，实时判断开关频率与谐振频率之差的绝对值是否在谐振允许的误差范围之内；如果开关频率在谐振频率±12HZ的范围内，则维持原开关频率不变，系统仍正常稳定运行；如果超出范围，则重复步骤3的内容，继续进行比较，调整开关频率直到再次进入稳定范围。
2.根据权利要求1所述的一种应用于能量路由器的DAB开关频率自适应方法，其特征在于：所述步骤1中采用IGBT反并联二极管的结构，能实现整流和逆变，为能量双向流动提供回路，高压变压器实现高低压隔离，同时减小设备体积，调节开关频率与谐振频率接近，实现频率自适应，可以有效降低开关损耗，提高系统效率。
3.根据权利要求1所述的一种应用于能量路由器的DAB开关频率自适应方法，其特征在于：所述步骤2中利用罗氏线圈检测谐振电流，通过过零比较电路来检测电流过零点，可以在大电流下实现过零检测得到的谐振频率换算为谐振周期误差小于0.5us，从而提高谐振频率检测的精度，调节开关频率与谐振频率更接近。
4.根据权利要求1所述的一种应用于能量路由器的DAB开关频率自适应方法，其特征在于：所述步骤3中对开关频率的调节分状态逐步进行的，开关频率与谐振频率的大小和差值决定了开关频率调节的方向和调节的步长，控制IGBT在电流接近零时刻关断，可以降低系统损耗。
5.根据权利要求1所述的一种应用于能量路由器的DAB开关频率自适应方法，其特征在于：所述步骤4中由于各个设备的谐振频率存在一定的偏差，所以在设备运行时需要对谐振频率进行实时检测，判断是否在误差允许的范围内，超出范围及时进行调节，保证IGBT能实现接近零电流关断。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010232814.3A CN111600489B (zh) | 2020-03-28 | 2020-03-28 | 一种应用于能量路由器的dab开关频率自适应方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010232814.3A CN111600489B (zh) | 2020-03-28 | 2020-03-28 | 一种应用于能量路由器的dab开关频率自适应方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111600489A CN111600489A (zh) | 2020-08-28 |
| CN111600489B true CN111600489B (zh) | 2022-10-14 |
Family
ID=72191113
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010232814.3A Active CN111600489B (zh) | 2020-03-28 | 2020-03-28 | 一种应用于能量路由器的dab开关频率自适应方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111600489B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113258790B (zh) * | 2021-07-15 | 2021-09-14 | 深圳市永联科技股份有限公司 | 变换器控制方法及相关装置 |
| CN114583809B (zh) * | 2022-04-28 | 2022-08-09 | 深圳市坤仑科技有限公司 | 便携式储能双向逆变充电系统 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005312236A (ja) * | 2004-04-23 | 2005-11-04 | Kanazawa Univ Tlo Inc | 共振周波数検出方法及び磁界発生装置 |
| CN101075784A (zh) * | 2007-06-21 | 2007-11-21 | 艾默生网络能源有限公司 | 移相控制零电压dc/dc开关电路 |
| CN105932881A (zh) * | 2016-07-08 | 2016-09-07 | 西安电子科技大学 | 全桥llc谐振变换器及其同步整流驱动方法 |
| CN108702093A (zh) * | 2016-06-06 | 2018-10-23 | 株式会社村田制作所 | 开关电源装置 |
| CN108736727A (zh) * | 2017-04-14 | 2018-11-02 | 台达电子工业股份有限公司 | 电源转换器及其控制方法 |
-
2020
- 2020-03-28 CN CN202010232814.3A patent/CN111600489B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005312236A (ja) * | 2004-04-23 | 2005-11-04 | Kanazawa Univ Tlo Inc | 共振周波数検出方法及び磁界発生装置 |
| CN101075784A (zh) * | 2007-06-21 | 2007-11-21 | 艾默生网络能源有限公司 | 移相控制零电压dc/dc开关电路 |
| CN108702093A (zh) * | 2016-06-06 | 2018-10-23 | 株式会社村田制作所 | 开关电源装置 |
| CN105932881A (zh) * | 2016-07-08 | 2016-09-07 | 西安电子科技大学 | 全桥llc谐振变换器及其同步整流驱动方法 |
| CN108736727A (zh) * | 2017-04-14 | 2018-11-02 | 台达电子工业股份有限公司 | 电源转换器及其控制方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 高效率DC/DC变换器的研究;施玉祥;《中国优秀硕士论文全文数据库》;20100815;全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111600489A (zh) | 2020-08-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107017780B (zh) | 一种带上拉有源钳位支路的隔离型dc-dc升压变换器及其控制方法 | |
| CN107465347B (zh) | 适用于llc谐振型变换器的能量双向控制策略 | |
| CN103580301B (zh) | 一种无线电能传输功率控制系统及方法 | |
| CN107147296B (zh) | 一种带下拉有源钳位支路的隔离型dc-dc升压变换器 | |
| WO2023098826A1 (zh) | 谐振型双有源桥式变换电路的控制方法、控制器及变换器 | |
| CN102255586B (zh) | 永磁同步电机恒功率宽调速控制方法 | |
| CN111600489B (zh) | 一种应用于能量路由器的dab开关频率自适应方法 | |
| CN110829619B (zh) | 一种具有阻抗调整功能的输电线路取能装置及其应用方法 | |
| CN113691140B (zh) | 一种用于llc变换器双向同步整流控制装置的控制方法 | |
| CN103701356B (zh) | 一种双辅助谐振极型三相软开关逆变器 | |
| CN105207484B (zh) | 一种新型全桥llc空载及带载时的电压控制方法 | |
| CN107425728A (zh) | 一种llc全桥变换器同步整流的数字优化控制方法及其系统 | |
| CN106787757A (zh) | 一种cltcl谐振直流变换器 | |
| CN109687715A (zh) | 一种提高llc增益范围的变换器及其控制方法 | |
| CN111600488A (zh) | 一种利用过零检测技术提高电力电子变压器效率的方法 | |
| CN107017779B (zh) | 一种带下拉有源钳位支路的隔离型dc-dc升压变换器控制方法 | |
| CN113381616B (zh) | 双向cllc直流变换器同步整流方法及装置 | |
| CN102055326B (zh) | 一种软开关关断过程控制方法 | |
| CN107147298A (zh) | 一种带有上拉有源钳位支路的微波炉磁控管电源装置 | |
| CN104022672B (zh) | 用于软开关zvt变换器的自适应可调延时电路 | |
| CN103248206B (zh) | 应用于行波管程控高压电源的mosfet开关管隔离驱动方法 | |
| CN111596130A (zh) | 一种利用谐振频率检测技术提高能量路由器效率的方法 | |
| CN112260571A (zh) | 一种具有软开关特性的高频电源逆变系统 | |
| CN102857136B (zh) | 一种高压直流到交流变换的换流器 | |
| CN203398993U (zh) | 一种非接触电能传输的全桥谐振变换电路 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |