CN113489310A - 一种dc-dc变换器的变频控制方法及装置 - Google Patents

一种dc-dc变换器的变频控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种DC‑DC变换器的变频控制方法及装置，所述方法包括：获取DC‑DC变换器的默认输出电压、默认频率系数及默认开关频率；检测DC‑DC变换器当前的输出电压和经过预设时长后的输出电压，分别记为第一输出电压和第二输出电压；当所述第二输出电压与所述第一输出电压相比变化达到或超过预设电压后，根据所述第二输出电压与默认输出电压的比例关系及默认频率系数计算出目标频率系数，并根据默认开关频率和目标频率系数计算目标开关频率；按照固定步进将DC‑DC变换器的开关频率从当前频率调节到目标开关频率。本发明通过在DC‑DC变换器输出电压升高时提高开关频率降低磁芯损耗，在输出电压降低时降低开关频率降低MOS管损耗，提高了DC‑DC变换器的功率密度和转换效率。

Description

一种DC-DC变换器的变频控制方法及装置
技术领域
本发明涉及直流变换器技术领域，尤其是指一种DC-DC变换器的变频控制方法及装置。
背景技术
在工业应用领域中，许多DC-DC变换器全输出范围的控制方法都是按固定的开关频率控制的，比如全桥拓扑，其开关管控制是定频移相控制或者定频调宽控制的。而当今许多功率变换器，比如电动汽车充电电源，要求输出恒功率范围越来越宽，输出电压可调范围从0V到1000V以上，变换器的功率密度和转换效率要求也越来越高。
变换器的变压器磁芯损耗和电压成正相关性，电压越高，磁芯损耗越大，电压越低磁芯损耗越低，在一定范围内变压器磁芯损耗还和开关频率有关，提高开关频率往往可以降低部分磁芯损耗，有利于变压器功率密度的提升。而提高频率后MOS管的开关损耗会增加，到了低压大电流输出时，MOS管的导通损耗会随电流成平方关系加大，高开关损耗和大导通损耗两者叠加造成低压输出时MOS管的损耗过大。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种DC-DC变换器的变频控制方法及装置，旨在解决现有的DC-DC变换器高压输出时磁芯损耗大，低压输出时MOS管损耗大，整体输出转换效率不高的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
第一方面，提供了一种DC-DC变换器的变频控制方法，包括：
获取DC-DC变换器的默认输出电压、默认频率系数及默认开关频率；
检测DC-DC变换器当前的输出电压和经过预设时长后的输出电压，分别记为第一输出电压和第二输出电压；
当所述第二输出电压与所述第一输出电压相比变化达到或超过预设电压后，根据所述第二输出电压与默认输出电压的比例关系及默认频率系数计算出所述第二输出电压对应的目标频率系数，并根据默认开关频率和目标频率系数计算出目标开关频率；
按照固定步进将DC-DC变换器的开关频率从当前频率调节到所述目标开关频率。
其中，所述检测DC-DC变换器当前的输出电压和经过预设时长后的输出电压，分别记为第一输出电压和第二输出电压具体包括：
在DC-DC变换器的输出电压升高的过程中，检测当前的输出电压和经过预设时长后的输出电压，分别记为第一输出电压和第二输出电压；则在所述按照固定步进将DC-DC变换器的开关频率从当前频率调节到所述目标开关频率之后，第二输出电压对应的开关频率大于第一输出电压对应的开关频率，还包括：
返回所述在DC-DC变换器的输出电压升高的过程中，继续检测、计算及调节到新的目标开关频率，直至DC-DC变换器的开关频率提高到最终输出电压对应的开关频率。
其中，所述检测DC-DC变换器当前的输出电压和经过预设时长后的输出电压，分别记为第一输出电压和第二输出电压具体包括：
在DC-DC变换器的输出电压降低的过程中，检测当前的输出电压和经过预设时长后的输出电压，分别记为第一输出电压和第二输出电压；则在所述按照固定步进将DC-DC变换器的开关频率调节到所述目标开关频率之后，第二输出电压对应的开关频率小于第一输出电压对应的开关频率，还包括：
返回所述在DC-DC变换器的输出电压降低的过程中，继续检测、计算及调节到新的目标开关频率，直至DC-DC变换器的开关频率降低到最终输出电压对应的开关频率。
第二方面，还提供了一种DC-DC变换器的变频控制装置，包括：
获取模块，用于获取DC-DC变换器的默认输出电压、默认频率系数及默认开关频率；
检测模块，用于检测DC-DC变换器当前的输出电压和经过预设时长后的输出电压，分别记为第一输出电压和第二输出电压；
计算模块，用于当所述第二输出电压与所述第一输出电压相比变化达到或超过预设电压后，根据所述第二输出电压与默认输出电压的比例关系及默认频率系数计算出目标频率系数，并根据默认开关频率和目标频率系数计算目标开关频率；
调节模块，用于按照固定步进将DC-DC变换器的开关频率调节到所述目标开关频率。
其中，所述检测模块具体用于：
在DC-DC变换器的输出电压升高的过程中，检测当前的输出电压和经过预设时长后的输出电压，分别记为第一输出电压和第二输出电压；
则所述DC-DC变换器的变频控制装置还包括：
循环检测、计算及调节模块，用于返回所述在DC-DC变换器的输出电压升高的过程中，直至DC-DC变换器的开关频率达到最终输出电压对应的开关频率。
进一步地，所述检测模块具体用于：
在DC-DC变换器的输出电压降低的过程中，检测当前的输出电压和经过预设时长后的输出电压，分别记为第一输出电压和第二输出电压；
则所述DC-DC变换器的变频控制装置还包括：
循环检测、计算及调节模块，用于返回所述在DC-DC变换器的输出电压降低的过程中，直至DC-DC变换器开关频率达到最终输出电压对应的开关频率。
本发明的有益效果在于：
本发明通过检测DC-DC变换器在预设时长内的输出电压变化并与预设电压作比较，当输出电压变化达到或超过预设电压时重新计算DC-DC变换器的开关频率并进行调整，使得DC-DC变换器在输出电压升高时可以提高开关频率以降低变压器的磁芯损耗，在输出电压降低时可以降低开关频率以降低MOS管的开关损耗，综合提高了DC-DC变换器的功率密度和转换效率。
附图说明
下面结合附图详述本发明的具体结构
图1为本发明实施例提供的DC-DC变换器的变频控制方法的流程框图；
图2为本发明实施例提供的DC-DC变换器输出电压逐渐升高时频率系数和开关频率的变化示意图；
图3为本发明实施例提供的DC-DC变换器输出电压逐渐降低时频率系数和开关频率的变化示意图；
图4为本发明实施例提供的DC-DC变换器的变频控制装置的结构示意图；
图5为本发明另一实施例提供的DC-DC变换器的变频控制装置的结构示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
请参考图1，图1为本发明实施例提供的DC-DC变换器的变频控制方法的流程框图。如图1所示，一种DC-DC变换器的变频控制方法，包括：
步骤S101，获取DC-DC变换器的默认输出电压、默认频率系数及默认开关频率。
具体地，DC-DC变换器的默认输出电压为V，默认频率系数为K，默认开关频率为F。
步骤S102，检测DC-DC变换器当前的输出电压和经过预设时长后的输出电压，分别记为第一输出电压和第二输出电压。
步骤S103，当所述第二输出电压与所述第一输出电压相比变化达到或超过预设电压后，根据所述第二输出电压与默认输出电压的比例关系及默认频率系数计算出所述第二输出电压对应的目标频率系数，并根据默认开关频率和目标频率系数计算目标开关频率。
具体地，步骤S103的计算公式为：
Kk＝V2/V*K，Fk＝F*Kk
其中，Kk为目标频率系数，V2为第二输出电压，V为默认输出电压，K为默认频率系数，Fk为目标开关频率，F为默认开关频率。
步骤S104，按照固定步进将DC-DC变换器的开关频率调节到所述目标开关频率。
本发明的有益效果在于：
本发明通过检测DC-DC变换器在预设时长内的输出电压变化并与预设电压作比较，当输出电压变化达到或超过预设电压时重新计算DC-DC变换器的开关频率并进行调整，使得DC-DC变换器在输出电压升高时可以提高开关频率以降低变压器的磁芯损耗，在输出电压降低时可以降低开关频率以降低MOS管的开关损耗，综合提高了DC-DC变换器的功率密度和转换效率。
请参考图2，图2为本发明实施例提供的DC-DC变换器输出电压逐渐升高时频率系数和开关频率的变化示意图，横坐标t为时间。
在本发明的另一实施例中，所述DC-DC变换器的变频控制方法包括：
步骤S201，获取DC-DC变换器的默认输出电压、默认频率系数及默认开关频率。
具体地，DC-DC变换器的默认输出电压为V，默认频率系数为K，默认开关频率为F。
步骤S202，在DC-DC变换器的输出电压升高的过程中，检测当前的输出电压和经过预设时长后的输出电压，分别记为第一输出电压和第二输出电压。
需要说明的是，DC-DC变换器的输出电压升高的过程即为图2中输出电压从初始输出电压V0升高到最终设定的输出电压Vn的过程，V0对应的初始频率系数为K0，初始开关频率为F0，第一输出电压V1的最小值即为初始输出电压V0。
步骤S203，当所述第二输出电压与所述第一输出电压相比变化达到或超过预设电压后，根据所述第二输出电压与默认输出电压的比例关系及默认频率系数计算出所述第二输出电压对应的目标频率系数，并根据默认开关频率和目标频率系数计算目标开关频率。
在步骤S203中，预设电压为△V，具体地，步骤S203的计算公式为：
Kk＝V2/V*K，Fk＝F*Kk
其中，Kk为目标频率系数，V2为第二输出电压，V为默认输出电压，K为默认频率系数，Fk为目标开关频率，F为默认开关频率。
步骤S204，按照固定步进将DC-DC变换器的开关频率调节到所述目标开关频率。
步骤S205，返回所述在DC-DC变换器的输出电压升高的过程中，继续检测、计算及调节到新的目标开关频率，直至DC-DC变换器开关频率提高到最终输出电压对应的开关频率。
请参考图3，图3为本发明实施例提供的DC-DC变换器输出电压逐渐降低时频率系数和开关频率的变化示意图，横坐标t为时间。
在又一实施例中，所述DC-DC变换器的变频控制方法包括：
步骤S301，获取DC-DC变换器的默认输出电压、默认频率系数及默认开关频率。
具体地，DC-DC变换器的默认输出电压为V，默认频率系数为K，默认开关频率为F。
步骤S302，在DC-DC变换器的输出电压降低的过程中，检测当前的输出电压和经过预设时长后的输出电压，分别记为第一输出电压和第二输出电压。
需要说明的是，DC-DC变换器的输出电压降低的过程即为图3中输出电压从输出电压Vn降低到最终设定的输出电压V0的过程，Vn对应的频率系数为Kn，开关频率为Fn，第一输出电压V1的最大值即为输出电压Vn。
步骤S303，当所述第二输出电压与所述第一输出电压相比变化达到或超过预设电压后，根据所述第二输出电压与默认输出电压的比例关系及默认频率系数计算出所述第二输出电压对应的目标频率系数，并根据默认开关频率和目标频率系数计算目标开关频率。
在步骤S303中，预设电压为△V，具体地，步骤S303的计算公式为：
Kk＝V2/V*K，Fk＝F*Kk
其中，Kk为目标频率系数，V2为第二输出电压，V为默认输出电压，K为默认频率系数，Fk为目标开关频率，F为默认开关频率。
步骤S304，按照固定步进将DC-DC变换器的开关频率调节到所述目标开关频率。
步骤S305，返回所述在DC-DC变换器的输出电压降低的过程中，继续检测、计算及调节到新的目标开关频率，直至DC-DC变换器开关频率减小到最终输出电压对应的开关频率。
请参考图4，图4为本发明实施例提供的DC-DC变换器的变频控制装置的结构示意图。如图所示，一种DC-DC变换器的变频控制装置，包括：
获取模块10，用于获取DC-DC变换器的默认输出电压、默认频率系数及默认开关频率。
检测模块20，用于检测DC-DC变换器当前的输出电压和经过预设时长后的输出电压，分别记为第一输出电压和第二输出电压。
计算模块30，用于当所述第二输出电压与所述第一输出电压相比变化达到或超过预设电压后，根据所述第二输出电压与默认输出电压的比例关系及默认频率系数计算出所述第二输出电压对应的目标频率系数，并根据默认开关频率和目标频率系数计算目标开关频率。
调节模块40，用于按照固定步进将DC-DC变换器调节到所述目标开关频率。
进一步地，并参考图5，图5为本发明另一实施例提供的DC-DC变换器的变频控制装置的结构示意图。
在一实施例中，所述检测模块20具体用于：
在DC-DC变换器的输出电压升高的过程中，检测当前的输出电压和经过预设时长后的输出电压，分别记为第一输出电压和第二输出电压；
则所述DC-DC变换器的变频控制装置还包括：
循环检测、计算及调节模块50，用于返回所述在DC-DC变换器的输出电压升高的过程中，继续检测、计算及调节到新的目标开关频率，直至DC-DC变换器开关频率提高到最终输出电压对应的开关频率。
在又一实施例中，所述检测模块20具体用于：
在DC-DC变换器的输出电压降低的过程中，检测当前的输出电压和经过预设时长后的输出电压，分别记为第一输出电压和第二输出电压；
则所述DC-DC变换器的变频控制装置还包括：
循环检测、计算及调节模块50，用于返回所述在DC-DC变换器的输出电压降低的过程中，继续检测、计算及调节到新的目标开关频率，直至DC-DC变换器开关频率减小到最终输出电压对应的开关频率。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种DC-DC变换器的变频控制方法，其特征在于，包括：
获取DC-DC变换器的默认输出电压、默认频率系数及默认开关频率；
检测DC-DC变换器当前的输出电压和经过预设时长后的输出电压，分别记为第一输出电压和第二输出电压；
当所述第二输出电压与所述第一输出电压相比变化达到或超过预设电压后，根据所述第二输出电压与默认输出电压的比例关系及默认频率系数计算出所述第二输出电压对应的目标频率系数，并根据默认开关频率和目标频率系数计算出目标开关频率；
按照固定步进将DC-DC变换器的开关频率从当前频率调节到所述目标开关频率。
2.如权利要求1所述的DC-DC变换器的变频控制方法，其特征在于，所述检测DC-DC变换器当前的输出电压和经过预设时长后的输出电压，分别记为第一输出电压和第二输出电压具体包括：
在DC-DC变换器的输出电压升高的过程中，检测当前的输出电压和经过预设时长后的输出电压，分别记为第一输出电压和第二输出电压；
则在所述按照固定步进将DC-DC变换器的开关频率从当前频率调节到所述目标开关频率之后，第二输出电压对应的开关频率高于第一输出电压对应的开关频率，还包括：
返回所述在DC-DC变换器的输出电压升高的过程中，继续检测、计算及调节到新的目标开关频率，直至DC-DC变换器开关频率提高到最终输出电压对应的开关频率。
3.如权利要求1所述的DC-DC变换器的变频控制方法，其特征在于，所述检测DC-DC变换器当前的输出电压和经过预设时长后的输出电压，分别记为第一输出电压和第二输出电压具体包括：
在DC-DC变换器的输出电压降低的过程中，检测当前的输出电压和经过预设时长后的输出电压，分别记为第一输出电压和第二输出电压；
则在所述按照固定步进将DC-DC变换器的开关频率从当前频率调节到所述目标开关频率之后，第二输出电压对应的开关频率低于第一输出电压对应的开关频率，还包括：
返回所述在DC-DC变换器的输出电压降低的过程中，继续检测、计算及调节到新的目标开关频率，直至DC-DC变换器开关频率减小到最终输出电压对应的开关频率。
4.一种DC-DC变换器的变频控制装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取DC-DC变换器的默认输出电压、默认频率系数及默认开关频率；
检测模块，用于检测DC-DC变换器当前的输出电压和经过预设时长后的输出电压，分别记为第一输出电压和第二输出电压；
计算模块，用于当所述第二输出电压与所述第一输出电压相比变化达到或超过预设电压后，根据所述第二输出电压与默认输出电压的比例关系及默认频率系数计算出目标频率系数，并根据默认开关频率和目标频率系数计算目标开关频率；
调节模块，用于按照固定步进将DC-DC变换器的开关频率从当前频率调节到所述目标开关频率。
5.如权利要求4所述的DC-DC变换器的变频控制装置，其特征在于，所述检测模块具体用于：
在DC-DC变换器的输出电压升高的过程中，检测当前的输出电压和经过预设时长后的输出电压，分别记为第一输出电压和第二输出电压；
则所述DC-DC变换器的变频控制装置还包括：
循环检测、计算及调节模块，用于返回所述在DC-DC变换器的输出电压升高的过程中，直至DC-DC变换器的开关频率达到最终输出电压对应的开关频率。
6.如权利要求4所述的DC-DC变换器的变频控制装置，其特征在于，所述检测模块具体用于：
在DC-DC变换器的输出电压降低的过程中，检测当前的输出电压和经过预设时长后的输出电压，分别记为第一输出电压和第二输出电压；
则所述DC-DC变换器的变频控制装置还包括：
循环检测、计算及调节模块，用于返回所述在DC-DC变换器的输出电压降低的过程中，直至DC-DC变换器的开关频率达到最终输出电压对应的开关频率。
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