CN113156328B - 一种应用于单级ac-dc变换器的状态识别系统及方法 - Google Patents

一种应用于单级ac-dc变换器的状态识别系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了种应用于单级AC‑DC变换器的状态识别系统及方法，检测变压器漏感电流；计算临界电感值，根据拓扑中电感和临界点感值的大小，判断变换器是否会工作在连续和断续状态；根据变压器漏感电流过零点检测结果和变压器二次侧的各开关管的控制信号，识别单级AC‑DC变换器处于断续运行状态还是连续运行状态，并输出识别结果。本发明在电路工作于升压模式时，能够快速识别出电路工作于断续状态还是连续状态。

Description

一种应用于单级AC-DC变换器的状态识别系统及方法
技术领域
本发明属于电路状态自动识别技术领域，具体涉及一种应用于单级AC-DC变换器的状态识别系统及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
随着科技的进步和经济的发展，人们生活水平不断提高，追求生活品质的提升，因此，环保问题愈发受到重视。其中，新能源汽车是国内外发展重点。新能源汽车可分为纯电动汽车、混合动力汽车、插电式混合动力汽车、增程式电动汽车与燃料电池车五类。除纯电动汽车外，其他四种汽车目前工艺不是很成熟，制造成本较高，成功商业化的案例较少，而纯电动汽车相关技术成熟，污染少，噪声低，是目前市场上的主流。由于目前电池技术限制，电动汽车的续航里程有限，充电技术显著影响驾驶体验。充电方式可分为充电桩充电、换电站换点和车载充电器充电。充电桩充电速度快，效率高，但建设时间较长，目前仍处于起步阶段，尚未形成规模效应。换电站换电为最快捷的充电方式，但只能应用于插电式混合动力汽车，并且也处于建设阶段。车载充电器充电体积小，携带方便，适宜作为充电桩、换电站大规模建成前的过渡手段。
目前主流车载充电器电路结构为两级式AC-DC变换电路，其前级一般为boost型功率因数校正电路，后级一般为隔离型DC-DC变换电路。但两级式AC-DC变换电路需要两套控制系统控制前后级的开关管，控制策略复杂，成本较高，而寿命较短。为克服这些缺点，专利号：CN103986344A“单位功率因数单级AC-DC隔离变换器的控制系统及控制方法”中提出一种单级型隔离电路，可以应用于车载充电器。但该电路在应用于充电电路时，在一个工频周期内会经历断续运行状态和连续运行状态两个阶段，一般的识别方法为采样一个开关周期开始时刻变压器漏感电流是否为0，但该方法需要一个高速AD并占用大量芯片资源。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出一种应用于单级AC-DC变换器的状态识别系统及方法，本发明在电路工作于升压模式时，能够快速识别出电路工作于断续状态还是连续状态。
根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：
一种应用于单级AC-DC变换器的状态识别方法，包括以下步骤：
检测变压器漏感电流；
计算临界电感值，根据拓扑中电感和临界点感值的大小，判断变换器是否会工作在连续和断续状态；
根据变压器漏感电流过零点检测结果和变压器二次侧的各开关管的控制信号，识别单级AC-DC变换器处于断续运行状态还是连续运行状态，并输出识别结果。
作为可选择的实施方式，临界电感值的计算过程包括：
其中Vin-max为输入电压最大值，vc为输出侧电压大小，Ts为开关管开关周期，P为输入功率大小。
作为可选择的实施方式，当单级AC-DC变换器实际电感值大于等于临界电感值时，变换器会工作在连续和断续状态，否则，变换器是否会工作在连续和断续状态只工作于断续状态。
作为可选择的实施方式，如果输出信号高电平，且两开关管的控制信号均为低电平，则输出判定结果为断续运行状态；
如果输出信号高电平，且两开关管的控制信号均为高电平，则输出判定结果为连续运行状态。
一种应用于单级AC-DC变换器的控制方法，包括以下步骤：
根据给定电压参考值与电压采样值的偏差，计算电流参考值；
利用上述状态识别方法确定变换器处于断续运行状态还是连续运行状态，根据不同状态确定占空比，得到双极性PWM控制信号。
一种应用于单级AC-DC变换器的状态识别系统，包括：
计算模块，用于计算临界电感值，判断变换器是否会工作在连续和断续状态；
过零点检测电路，用于检测变压器漏感电流；
JK触发器，接收过零点检测电路的输出信号和变压器二次侧的各开关管的控制信号，根据输出信号和控制信号的高低电平，识别单级AC-DC变换器处于断续运行状态还是连续运行状态，并输出识别结果。
作为可选择的实施方式，所述单级AC-DC变换器包括依次连接的交流电源、LC滤波电路、同步整流电路、第一桥式变换器、变压器、第二桥式变换器和直流输出电源。
作为可选择的实施方式，如果输出信号高电平，且两开关管的控制信号均为低电平，则输出判定结果为断续运行状态；
如果输出信号高电平，且两开关管的控制信号均为高电平，则输出判定结果为连续运行状态。
作为可选择的实施方式，当单级AC-DC变换器实际电感值大于等于临界电感值时，变换器会工作在连续和断续状态，否则，变换器是否会工作在连续和断续状态只工作于断续状态。
计算模块被配置为按照以下方式计算临界电感值：
其中Vin-max为输入电压最大值，vc为输出侧电压大小，Ts为开关管开关周期，P为输入功率大小。
一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行上述的状态识别方法的步骤。
一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述的状态识别方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提出一种应用于单级AC-DC变换器的在升压模式下的状态识别方法，能够快速识别出电路工作于断续状态还是连续状态。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本实施例的应用对象电路结构；
图2为本实施例的识别方法示意图；
图3为本实施例的识别系统结构图；
图4为本实施例的控制方法示意图；
图5(a)为断续运行状态相关波形，图5(b)为连续运行状态相关波形。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本发明是针对单级AC-DC变换器，作为代表，如图1所示，包括依次连接的交流电源、LC滤波电路、同步整流电路、第一桥式变换器、变压器、第二桥式变换器和直流输出电源。
本发明通过临界电感和电路实际电感的比较，判定系统是否可以进入断续和连续交替的工作状态，如果可以，继续进行判断，再判断中重点保护需要开关管的状态判断。
在图5(a)、(b)相关波形图的基础上对本发明进行进一步说明：
该电路在升压情况下作功率因数校正时，共有两种情况。一种情况电路一直工作在断续状态，另外一种情况电路首先工作在断续状态，之后进入连续工作状态。决定电路处于哪种工作条件的因素为变压器漏感值。
在断续运行状态下，漏感电流在t0时刻开始上升，到t1时刻上升到最大值。
在t0～t1内，变压器漏感方程为
之后，漏感电流从最大值开始下降，到t2时刻降为0，在t2～t3时间段内，仅有微弱谐振电流存在。在t1～t2内，变压器漏感方程为
在连续运行状态下，由于在上个开关周期结束时，漏感电流并未降到0，故在t0时刻电流从负值开始上升，到t1时刻上升到0。在t0～t1内，变压器漏感方程为
之后，漏感电流在t1时刻开始上升，到t2时刻上升到最大值。在t1～t2内，变压器漏感方程为
然后，漏感电流从最大值开始下降，但到t3时刻并未降为0。在t2～t3内，变压器漏感方程为
如图2所示，若在断续运行情况下，在t2＝t3时，变压器漏感电流恰好降为0，则称为临界运行状态。若临界状态发生在输入电压最大值处，则此时变压器漏感值为电路只工作于变压器和既工作于断续运行状态和连续运行状态的临界漏感值。
根据相关公式
则临界电感大小为
其中Vin-max为输入电压最大值，vc为输出侧电压大小，Ts为开关管开关周期，P为输入功率大小。
在变压器漏感足够大的情况下，在一个工频周期内，电路首先工作于断续工作状态下，随着输入电压的升高，电路过渡到连续工作状态。在断续运行状态下，变压器漏感电流过零点发生在t2～t3和t5～t6时间段内。在这两个时间段，变压器二次侧开关管S5、S6的控制信号均输出低电平。在连续运行状态下，变压器漏感电流过零点发生在t0～t2和t3～t5时间段内。在t0～t2时间段，变压器二次侧开关管S5的控制信号输出高电平；在t0～t2时间段，变压器二次侧开关管S6的控制信号输出高电平。
信号与开关管S5、S6的控制信号接入JK触发器，假设在过零点发生时，其过零点检测电路输出高电平，则具体电路接法如图3所示，该电路能在单级型隔离电路处于升压工作模式时，快速判断出电路工作状态，为电路控制策略提供判据。
即一种应用于单级AC-DC变换器的状态识别方法，包括以下步骤：
检测变压器漏感电流；
根据变压器漏感电流过零点检测结果和变压器二次侧的各开关管的控制信号，识别单级AC-DC变换器处于断续运行状态还是连续运行状态，并输出识别结果。
如果输出信号高电平，且两开关管的控制信号均为低电平，则输出判定结果为断续运行状态；如果输出信号高电平，且两开关管的控制信号均为高电平，则输出判定结果为连续运行状态。
作为扩展应用，提出一种应用于单级AC-DC变换器的控制方法，包括以下步骤：
根据给定电压参考值与电压采样值的偏差，计算电流参考值；
利用上述状态识别方法确定变换器处于断续运行状态还是连续运行状态，根据不同状态确定占空比，得到双极性PWM控制信号。
一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行上述实施例的状态识别方法的步骤。
一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述实施例的状态识别方法的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种应用于单级AC-DC变换器的状态识别方法，其特征是：包括以下步骤：
检测变压器漏感电流；
计算临界电感值，根据拓扑中电感和临界电感值的大小，判断变换器是否会工作在连续和断续状态；
根据变压器漏感电流过零点检测结果和变压器二次侧的各开关管的控制信号，识别单级AC-DC变换器处于断续运行状态还是连续运行状态，并输出识别结果；
如果输出信号高电平，且两开关管的控制信号均为低电平，则输出判定结果为断续运行状态；
如果输出信号高电平，且两开关管的控制信号均为高电平，则输出判定结果为连续运行状态；
所述临界电感值的计算过程包括：
其中Vin-max为输入电压最大值，vc为输出侧电压大小，Ts为开关管开关周期，P为输入功率大小。
2.一种应用于单级AC-DC变换器的控制方法，其特征是：包括以下步骤：
根据给定电压参考值与电压采样值的偏差，计算电流参考值；
利用权利要求1中所述的状态识别方法确定变换器处于断续运行状态还是连续运行状态，根据不同状态确定占空比，得到双极性PWM控制信号。
3.一种应用于单级AC-DC变换器的状态识别系统，其特征是：包括：
计算模块，用于计算临界电感值，确定变换器可否进入断续和连续工作状态；
过零点检测电路，用于检测变压器漏感电流；
JK触发器，接收过零点检测电路的输出信号和变压器二次侧的各开关管的控制信号，根据输出信号和控制信号的高低电平，识别单级AC-DC变换器处于断续运行状态还是连续运行状态，并输出识别结果；
如果输出信号高电平，且两开关管的控制信号均为低电平，则输出判定结果为断续运行状态；
如果输出信号高电平，且两开关管的控制信号均为高电平，则输出判定结果为连续运行状态；
所述临界电感值的计算过程包括：
其中Vin-max为输入电压最大值，vc为输出侧电压大小，Ts为开关管开关周期，P为输入功率大小。
4.如权利要求3所述的一种应用于单级AC-DC变换器的状态识别系统，其特征是：所述单级AC-DC变换器包括依次连接的交流电源、LC滤波电路、同步整流电路、第一桥式变换器、变压器、第二桥式变换器和直流输出电源。
5.如权利要求3所述的一种应用于单级AC-DC变换器的状态识别系统，其特征是：计算模块被配置为按照以下方式计算临界电感值：
其中Vin-max为输入电压最大值，vc为输出侧电压大小，Ts为开关管开关周期，P为输入功率大小。
6.一种计算机可读存储介质，其特征是：其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行权利要求1中所述的状态识别方法的步骤。
7.一种终端设备，其特征是：包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1中所述的状态识别方法的步骤。
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