CN113852269A - 一种多相交错拓扑电路及降低纹波输出的方法 - Google Patents

一种多相交错拓扑电路及降低纹波输出的方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种多相交错拓扑电路及降低纹波输出的方法，所述方法包括：通过AC/DC转换器将交流电压转换为第一直流电压；通过升压模块将所述第一直流电压升压为第二直流电压；通过降压模块将所述第二直流电压降压为第三直流电压;通过控制器控制所述升压模块，以调整所述第二直流电压的电压值，使得所述降压模块的占空比处于预设范围内。本发明实施例通过调整所述第二直流电压的电压值，使得所述降压模块的占空比在预设的范围内，当所述占空比在预设范围内时，多相交错拓扑电路输出较低的纹波电压。

Description

一种多相交错拓扑电路及降低纹波输出的方法
技术领域
本发明涉及电压技术领域，尤其涉及一种多相交错拓扑电路及降低纹波输出的方法。
背景技术
由于直流电压一般是由交流电源经整流稳压等环节产生的，直流电中不可避免地带有一些交流成份，这种叠加在直流稳定量上的交流分量就称之为纹波。纹波的成分较为复杂，它的形态一般为频率高于工频的类似正弦波的谐波，另一种则是宽度很窄的脉冲波，纹波会对直流侧的电能质量、系统的稳定性、以及直流侧设备的使用寿命造成不利的影响。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种多相交错拓扑电路及降低纹波输出的方法，所述方法可使降压模块的占空比处于预设范围内，可降低多相交错拓扑电路的纹波电压。
第一方面，本发明实施例提供了一种所述多相交错拓扑电路，所述多相交错拓扑电路包括：
AC/DC转换器，用于将交流电压转换为第一直流电压；
升压模块，用于将所述第一直流电压升压为第二直流电压；
降压模块，用于将所述第二直流电压降压为第三直流电压；
控制器，用于通过控制所述升压模块，以调整所述第二直流电压的电压值，使得所述降压模块的占空比处于预设范围内。
可选的，所述第二直流电压随所述交流电压同步波动，所述控制器根据所述交流电压计算第二直流电压的电压值，以确定所述第二直流电压的调压范围；
所述控制器基于降低纹波输出的电路的相数，确定降压模块输出零纹波时的多个占空比节点值，并计算得出多个占空比节点值对应在所述调压范围内的第二直流电压的电压调节值。
第二方面，本申请实施例提供一种降低纹波输出的方法，所述方法应用于所述多相交错拓扑电路，所述多相交错拓扑电路包括AC/DC转换器、升压模块、降压模块和控制器；
通过所述AC/DC转换器将交流电压转换为第一直流电压；
通过所述升压模块将所述第一直流电压升压为第二直流电压；
通过所述降压模块将所述第二直流电压降压为第三直流电压;
通过所述控制器控制所述升压模块，以调整所述第二直流电压的电压值，使得所述降压模块的占空比处于预设范围内。
可选的，所述第二直流电压随所述交流电压同步波动，所述通过所述控制器控制所述升压模块，以调整所述第二直流电压的电压值，包括：
通过所述控制器采集交流电压的电压值；
基于所述交流电压的电压值计算所述第二直流电压的电压值，以确定所述第二直流电压的调压范围。
可选的，所述通过所述控制器控制所述升压模块，以调整所述第二直流电压的电压值，还包括：
通过所述控制器基于多相交错拓扑电路的相数，确定降压模块输出零纹波时的多个占空比节点值；
通过所述控制器计算多个占空比节点值对应在所述调压范围内的第二直流电压的电压调节值；
以多个所述电压调节值中的至少一个作为目标调节值。
可选的，通过所述控制器计算多个占空比节点值对应的第二直流电压的电压调节值，采用如下公式：
D2=V2/V1
其中，D2为降压模块的占空比，V2为第三直流电压，V1为第二直流电压。
可选的，通过所述控制器计算多个占空比节点值对应的第二直流电压的电压调节值时，通过所述控制器控制所述降压模块，使得所述第三直流电压为恒定值。
可选的，所述通过所述控制器控制所述升压模块，以调整所述第二直流电压的电压值，还包括：
通过所述控制器采集所述第二直流电压的实际电压值，并基于所述实际电压值计算所述降压模块的实际占空比；
基于所述实际占空比确定与所述实际占空比相邻的第一占空比节点值和第二占空比节点值，其中，所述多个占空比节点值包括第一占空比节点值和第二占空比节点值；
计算第一占空比节点值与所述实际占空比的差值的绝对值，计算第二占空比节点值与所述实际占空比差值的绝对值，以第一占空比节点值、第二占空比节点值两者中与所述实际占空比差值的绝对值较小的一者作为参考占空比；
基于所述参考占空比对应的第二直流电压的电压调节值调节所述第二直流电压的实际电压值。
可选的，所述基于所述参考占空比对应的目标调节值调节所述第二直流电压的实际电压值，包括：
通过所述控制器判断所述实际占空比与所述参考占空比的大小；
在确定所述实际占空比与所述参考占空比的大小关系后，通过所述控制器逐步调整所述第二直流电压的电压值，直到所述实际占空比与所述参考占空比之间的差值的绝对值小于阈值。
可选的，在确定所述实际占空比与所述参考占空比的大小关系后，通过所述控制器逐步调整所述第二直流电压的电压值，直到所述实际占空比与所述参考占空比之间的差值的绝对值小于阈值，包括：
若所述实际占空比小于所述参考占空比，逐步调小所述第二直流电压的电压值，直到所述实际占空比与所述参考占空比之间的差值的绝对值小于阈值；
若所述实际占空比大于所述参考占空比，逐步调大所述第二直流电压的电压值，直到所述实际占空比与所述参考占空比之间的差值的绝对值小于阈值。
本发明实施例通过调整所述第二直流电压的电压值，使得所述降压模块的占空比在预设的范围内，当所述占空比在预设范围内时，多相交错拓扑电路输出较低的纹波电压。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或背景技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或背景技术中所需要使用的附图进行说明。
图1是多相拓扑电路的结构示意图;
图2是升压模块的纹波电压与升压模块的占空比的曲线图；
图3是降压模块的纹波电压与降压模块的占空比的曲线图；
图4是降低纹波输出的方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图对本发明实施例进行描述。
本申请实施例提供一种多相交错拓扑电路，所述多相交错拓扑电路包括AC/DC转换器、升压模块100、降压模块200和控制器300。
在本申请提供的实施例中，请参见图1，交流电源与所述AC/DC转换器相连，AC/DC转换器与所述升压模块相连，所述升压模块100与所述降压模块200相连，其中，所述控制器300可采集交流电源的交流电压、经所述升压模块100升压后的第二直流电压、经所述降压模块200降压的第三直流电压，所述控制器300为数字控制器，所述控制器300可通过PWM驱动所述升压模块100以调整所述第二直流电压的电压值，所述控制器300还可通过PWM驱动所述降压模块200以控制所述第三直流电压的电压值，其中，PWM（Pulse WidthModulation）为脉冲宽度调制。
对应地，所述升压模块100被所述控制器300执行而将经所述AC/DC转换器整流后的第一直流电压升压为第二直流电压，所述降压模块200被所述控制器300执行而将所述第二直流电压降压为第三直流电压。
一般来说，多相交错拓扑电路输出纹波电压与升压模块100和降压模块200的占空比相关。
以8相交错拓扑电路为例，升压模块100输出纹波电压与所述升压模块的占空比的表达式如下：
ΔV={1-7/[8×(1-D1）]}×(D1-0/8)×V1/R×T/C if D1＜0.125
ΔV={1-6/[8×(1-D1）]}×(D1-1/8)×V1/R×T/C if 0.125≤D1＜0.25
ΔV={1-5/[8×(1-D1）]}×(D1-2/8)×V1/R×T/C if 0.25≤D1＜0.375
ΔV={1-4/[8×(1-D1）]}×(D1-3/8)×V1/R×T/C if 0.375≤D1＜0.5
ΔV={1-3/[8×(1-D1）]}×(D1-4/8)×V1/R×T/C if 0.5≤D1＜0.625
ΔV={1-2/[8×(1-D1）]}×(D1-5/8)×V1/R×T/C if 0.625≤D1＜0.75
ΔV={1-1/[8×(1-D1）]}×(D1-6/8)×V1/R×T/C if 0.75≤D1＜0.875
ΔV={1-0/[8×(1-D1）]}×(D1-7/8)×V1/R×T/C if D1≥0.875
其中，ΔV为升压模块的纹波电压，D1为升压模块100的占空比，R为电阻，T为开关周期，C为电容的容值，对于一多相交错拓扑电路，控制V1的值，V1、R、T、C均可视为常数，根据上述表达式，可得到所述升压模块100中占空比为1/8、2/8、3/8、4/8、5/8、6/8、7/8时，纹波电压几乎为零，具体参见图2，图2为升压模块100的纹波电压与升压模块100的占空比的曲线图。
8相交错拓扑电路中降压模块200总输出电流纹波和单路电路纹波比值表达式如下：
KX_N8=(D2-J0/N8)×(1+J0-N8×D2)/[D2×(1-D2)] if J0/N8≤D2＜(J0+1)/N8
KX_N8=(D2-J1/N8)×(1+J1-N8×D2)/[D2×(1-D2)] if J1/N8≤D2＜(J1+1)/N8
KX_N8=(D2-J2/N8)×(1+J2-N8×D2)/[D2×(1-D2)] if J2/N8≤D2＜(J2+1)/N8
KX_N8=(D2-J3/N8)×(1+J3-N8×D2)/[D2×(1-D2)] if J3/N8≤D2＜(J3+1)/N8
KX_N8=(D2-J4/N8)×(1+J4-N8×D2)/[D2×(1-D2)] if J4/N8≤D2＜(J4+1)/N8
KX_N8=(D2-J5/N8)×(1+J5-N8×D2)/[D2×(1-D2)] if J5/N8≤D2＜(J5+1)/N8
KX_N8=(D2-J6/N8)×(1+J6-N8×D2)/[D2×(1-D2)] if J6/N8≤D2＜(J6+1)/N8
KX_N8=(D2-J7/N8)×(1+J7-N8×D2)/[D2×(1-D2)] if J7/N8≤D2＜(J7+1)/N8
其中，N8、J0、J1、J2、J3、J4、J5、J6、J7为常数，D2为降压模块的占空比，对于同一多相交错拓扑电路，所述升压模块100输出零纹波电压时占空比节点值与所述降压模块输出零纹波的占空比节点值一致。
在本申请提供的实施例中，降压模块200输出总纹波电流与单路纹波电流比值越小，则输出纹波电流也就越小，从而输出纹波电压也就越小。
基于8相交错拓扑电路中降压模块200总输出电流纹波和单路电路纹波比值表达式，可以得到所述降压模块200的占空比为1/8、2/8、3/8、4/8、5/8、6/8、7/8时，降压模块200的纹波电压几乎为零，具体可参见图3，图3为降压模块200的纹波电压与降压模块200的占空比的曲线图，其中，降压模块200的占空比在小于1/8和大于7/8的情况下，降压模块200输出的纹波电压比较大，当降压模块200的占空比在2/8到6/8时，所述降压模块200输出比较低的纹波电压。
在本申请提供的实施例中，所述升压模块为boost电路，所述降压模块为buck电路。
在本申请提供的实施例中，降压模块200的占空比与第二直流电压的电压值、第三直流电压的电压值有关，计算降压模块200的占空比的公式如下：
D2=V2/V1
其中，D2为降压模块200的占空比，所述V2为第三直流电压，所述V1为第二直流电压。
在本申请提供的实施例中，所述第三直流电压可以为负载电压，8相交错拓扑电路实际在工作时，控制器300控制所述降压模块可使得所述第三直流电压恒定，所述控制器300可通过控制所述第二直流电压的电压值控制所述降压模块200的占空比的值，具体的，将所述降压模块200的占空比控制在1/8、2/8、3/8、4/8、5/8、6/8、7/8时，可以使得所述降压模块200输出零纹波电压。
在本申请提供的实施例中，交流电压是周期波动的，所述第二直流电压随所述交流电压同步波动。
在本申请提供的实施例中，所述控制器300基于采集的交流电压的电压值大致计算所述第二直流电压的调压范围。
在本申请提供的实施例中，所述第二直流电压大于所述交流电压的峰值，本申请通过所述控制器可获取所述交流电压的最大值和最小值，并根据如下公式计算得到所述第二直流电压的调压范围：
Figure 278798DEST_PATH_IMAGE001
其中：
Figure 408428DEST_PATH_IMAGE002
其中，V1为第二直流电压，V1max为第二直流电压的最大值，V1min为第二直流电压的最小值，V0为交流电压，V0max为交流电压的最大值，V0min为交流电压的最小值，Vx为裕量。
在本申请提供的实施例中，在确定所述第二直流电压的调压范围后，根据降压模块200输出零纹波时占空比节点值，计算得到所述第二直流电压的电压调节值。
在本申请公开了一种降低纹波输出的方法，所述方法应用于多相交错拓扑电路，所述多相交错拓扑电路包括AC/DC转换器、升压模块100、降压模块200和控制器300。
参见图4，所述方法包括但不限于步骤S1-S4。
S1，通过所述AC/DC转换器将交流电压转换为第一直流电压。
S2，通过所述升压模块将所述第一直流电压升压为第二直流电压。
S3，通过所述降压模块将所述第二直流电压降压为第三直流电压;
S4，通过所述控制器控制所述升压模块，以调整所述第二直流电压的电压值，使得所述降压模块的占空比处于预设范围内。
在申请提供的实施例中，所述控制器300通过PWM驱动所述升压模块100，控制所述第二直流电压的电压值，所述控制器300通过PWM驱动所述降压模块200，可使得所述第三直流电压的电压值为恒定值。
在本申请提供的实施例中，所述升压模块100为boost电路，所述降压模块200为buck电路。
在本申请提供的实施例中，降压模块200的占空比与第二直流电压的电压值、第三直流电压的电压值有关，计算降压模块200的占空比的公式如下：
D2=V2/V1
其中，D2为降压模块200的占空比，所述V2为第三直流电压，所述V1为第二直流电压。
所述控制器300通过控制所述第二直流电压的电压值，可控制所述降压模块200的占空比的值，进而可降低降压模拟输出的纹波电压。
所述第二直流电压随所述交流电压同步波动，所述通过所述控制器300控制所述升压模块100，以调整所述第二直流电压的电压值，包括：
通过所述控制器300采集交流电压的电压值以及第三直流电压的电压值；
在本申请提供的实施例中，本申请通过所述控制器可获取所述交流电压的最大值和最小值，并根据如下公式计算得到所述第二直流电压的调压范围：
Figure 957221DEST_PATH_IMAGE003
其中：
Figure 763372DEST_PATH_IMAGE004
在本申请提供的实施例中，在确定所述第二直流电压的调压范围后，根据降压模块的输出零纹波时占空比节点值，计算得到所述第二直流电压的电压调节值。
所述通过所述控制器300控制所述升压模块100，以调整所述第二直流电压的电压值，还包括：
通过所述控制器300基于多相交错拓扑电路的相数，确定降压模块200输出零纹波时的多个占空比节点值。
参见图2和图3,8相交叉拓扑电路中降压模块200输出零纹波电压时的占空比节点值分别为1/8、2/8、3/8、4/8、5/8、6/8、7/8。
在确定各个占空比节点值后，通过所述控制器300控制所述降压模块200，使得第三直流电压可根据D2=V2/V1计算得到占空比为1/8、2/8、3/8、4/8、5/8、6/8、7/8时分别对应的第二直流电压的电压值。
其中，D2为降压模块的占空比，V2为第三直流电压，V1为第二直流电压。
以计算得到降压模块的占空比为1/8、2/8、3/8、4/8、5/8、6/8、7/8时第二直流电压的电压值作为第二直流电压的调节目标。
在本申请提供的实施例中，通过所述控制器计算多个占空比节点值对应的第二直流电压的电压调节值时，通过所述控制器控制所述降压模块，使得所述第三直流电压为恒定值。
所述通过所述控制器300控制所述升压模块100，以调整所述第二直流电压的电压值，还包括：
通过所述控制器300采集所述第二直流电压的实际电压值，并基于所述实际电压值计算所述降压模块200的实际占空比；
基于所述实际占空比确定与所述实际占空比邻近的第一占空比节点值和第二占空比节点值；其中，所述多个占空比节点值包括第一占空比节点值和第二占空比节点值。
计算第一占空比节点值与所述实际占空比的差值的绝对值，计算第二占空比节点值与所述实际占空比差值的绝对值，以第一占空比节点值、第二占空比节点值两者中与所述实际占空比差值的绝对值较小的一者作为参考占空比；
基于所述参考占空比对应的第二直流电压的电压调节值调节所述第二直流电压的实际电压值。
在本申请提供的实施例中，通过所述控制器300采集所述第二直流电压的实际电压值，并计算得到所述降压模块此时的实际占空比。
基于所述实际占空比得到与所述实际占空比邻近的第一占空比节点值和第二占空比节点值，示例性地，若实际占空比为0.8，依据上述得到的占空比节点值，可得到与所述实际占空比相邻的第一占空比节点值和第二占空比节点值分别为6/8、7/8。
基于实际占空比、第一占空比节点值和第二占空比节点值计算可分别得到第一差值的绝对值和第二差值绝对值，第一差值的绝对值为实际占空比与第一占空比节点值的差值的绝对值，第二差值的绝对值为实际占空比与第二占空比节点值的差值的绝对值。
选择第一占空比节点值和第二占空比节点值中与所述实际占空比的差值的绝对值较小的一者为参考占空比，计算所述参考占空比对应的第二直流电压的电压调节值。
基于所述第二直流电压的电压调节值调节所述第二直流电压的实际电压值。
示例性地，若实际占空比为0.8，与实际占空比相邻的占空比节点值为6/8、7/8，实际占空比与6/8的差值的绝对值比较小，以6/8作为参考占空比，可避免调节第二直流电压的波动幅度过大。
在本申请提供的实施例中，所述基于所述参考占空比对应的目标调节值调节所述第二直流电压的实际电压值，包括：
通过所述控制器判断所述实际占空比与所述参考占空比的大小；
在确定所述实际占空比与所述参考占空比的大小关系后，通过所述控制器逐步调整所述第二直流电压的电压值，直到所述实际占空比与所述参考占空比之间的差值的绝对值小于阈值。
在确定所述实际占空比与所述参考占空比的大小关系后，通过所述控制器逐步调整所述第二直流电压的电压值，直到所述实际占空比与所述参考占空比之间的差值的绝对值小于阈值，包括：
若所述实际占空比小于所述参考占空比，逐步调小所述第二直流电压的电压值，直到所述实际占空比与所述参考占空比之间的差值的绝对值小于阈值；
若所述实际占空比大于所述参考占空比，逐步调大所述第二直流电压的电压值，直到所述实际占空比与所述参考占空比之间的差值的绝对值小于阈值。
示例性的，以6/8为参考占空比，若预设阈值为0.02，当所述实际占空比为0.76时，则实际占空比与所述参考占空比之间的差值的绝对值小于阈值，此时，可不再调节所述第二直流电压的电压值。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种多相交错拓扑电路，其特征在于，包括：
AC/DC转换器，用于将交流电压转换为第一直流电压；
升压模块，用于将所述第一直流电压升压为第二直流电压；
降压模块，用于将所述第二直流电压降压为第三直流电压；
控制器，用于通过控制所述升压模块，以调整所述第二直流电压的电压值，使得所述降压模块的占空比处于预设范围内。
2.如权利要求1所述的多相交错拓扑电路，其特征在于，所述第二直流电压随所述交流电压同步波动，所述控制器根据所述交流电压计算第二直流电压的电压值，以确定所述第二直流电压的调压范围；
所述控制器基于多相交错拓扑电路的相数，确定降压模块输出零纹波时的多个占空比节点值，并计算得出多个占空比节点值对应在所述调压范围内的第二直流电压的电压调节值。
3.一种降低纹波输出的方法，其特征在于，所述方法应用于多相交错拓扑电路，所述降低纹波输出的电路包括AC/DC转换器、升压模块、降压模块和控制器；
通过所述AC/DC转换器将交流电压转换为第一直流电压；
通过所述升压模块将所述第一直流电压升压为第二直流电压；
通过所述降压模块将所述第二直流电压降压为第三直流电压;
通过所述控制器控制所述升压模块，以调整所述第二直流电压的电压值，使得所述降压模块的占空比处于预设范围内。
4.如权利要求3所述的降低纹波输出的方法，其特征在于，所述第二直流电压随所述交流电压同步波动，所述通过所述控制器控制所述升压模块，以调整所述第二直流电压的电压值，包括：
通过所述控制器采集交流电压的电压值；
基于所述交流电压的电压值计算所述第二直流电压的电压值，以确定所述第二直流电压的调压范围。
5.如权利要求4所述的降低纹波输出的方法，其特征在于，所述通过所述控制器控制所述升压模块，以调整所述第二直流电压的电压值，还包括：
通过所述控制器基于多相交错拓扑电路的相数，确定降压模块输出零纹波时的多个占空比节点值；
通过所述控制器计算多个占空比节点值对应在所述调压范围内的第二直流电压的电压调节值；
以多个所述电压调节值中的至少一个作为目标调节值。
6.如权利要求5所述的降低纹波输出的方法，其特征在于，通过所述控制器计算多个占空比节点值对应的第二直流电压的电压调节值，采用如下公式：
D2=V2/V1
其中，D2为降压模块的占空比，V2为第三直流电压，V1为第二直流电压。
7.如权利要求6所述的降低纹波输出的方法，其特征在于，通过所述控制器计算多个占空比节点值对应的第二直流电压的电压调节值时，通过所述控制器控制所述降压模块，使得所述第三直流电压为恒定值。
8.如权利要求5-7任一项所述的降低纹波输出的方法，其特征在于，所述通过所述控制器控制所述升压模块，以调整所述第二直流电压的电压值，还包括：
通过所述控制器采集所述第二直流电压的实际电压值，并基于所述实际电压值计算所述降压模块的实际占空比；
基于所述实际占空比确定与所述实际占空比相邻的第一占空比节点值和第二占空比节点值，其中，所述多个占空比节点值包括第一占空比节点值和第二占空比节点值；
计算第一占空比节点值与所述实际占空比的差值的绝对值，计算第二占空比节点值与所述实际占空比差值的绝对值，以第一占空比节点值、第二占空比节点值两者中与所述实际占空比的差值的绝对值较小的一者作为参考占空比；
基于所述参考占空比对应的第二直流电压的电压调节值调节所述第二直流电压的实际电压值。
9.如权利要求8所述的降低纹波输出的方法，其特征在于，所述基于所述参考占空比对应的电压调节值调节所述第二直流电压的实际电压值，包括：
通过所述控制器判断所述实际占空比与所述参考占空比的大小；
在确定所述实际占空比与所述参考占空比的大小关系后，通过所述控制器逐步调整所述第二直流电压的电压值，直到所述实际占空比与所述参考占空比之间的差值的绝对值小于阈值。
10.如权利要求9所述的降低纹波输出的方法，其特征在于，在确定所述实际占空比与所述参考占空比的大小关系后，通过所述控制器逐步调整所述第二直流电压的电压值，直到所述实际占空比与所述参考占空比之间的差值的绝对值小于阈值，包括：
若所述实际占空比小于所述参考占空比，逐步调小所述第二直流电压的电压值，直到所述实际占空比与所述参考占空比之间的差值的绝对值小于阈值；
若所述实际占空比大于所述参考占空比，逐步调大所述第二直流电压的电压值，直到所述实际占空比与所述参考占空比之间的差值的绝对值小于阈值。
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