CN113938008A - 双向dc变换器及其控制方法、控制模块、存储介质 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种双向DC变换器的控制方法，控制方法包括：根据输入电压和输出电压确定双向DC变换器的工作模式；根据双向DC变换器的工作模式分别确定第一开关管的驱动信号的占空度、第二开关管的驱动信号的占空度、第三开关管的驱动信号的占空度和第四开关管的驱动信号的占空度；根据确定的第一开关管的驱动信号的占空度向第一开关管的栅极提供驱动信号、根据确定的第二开关管的驱动信号的占空度向第二开关管的栅极提供驱动信号、根据确定的第三开关管的驱动信号的占空度向第三开关管的栅极提供驱动信号、根据确定的第四开关管的驱动信号的占空度向第四开关管的栅极提供驱动信号。本公开还提供一种控制模块、一种DC变换器和一种计算机可读存储介质。

Description

双向DC变换器及其控制方法、控制模块、存储介质
技术领域
本公开涉及电子设备领域，具体地，涉及一种双向DC变换器的控制方法、一种双向DC变换器的控制模块、一种双向DC变换器和一种计算机可读存储介质。
背景技术
DC/DC变换器是一种将一种直流电压转换层另一种直流电压的功率装置，其中，双向DC变换器除了能够将一种直流电压转换层另一种直流电压之外，还能够实现能量在双向DC变换器的输入侧和输出侧之间双向流动。
图1中所示的是一种常见的四开关双向DC变换器，具体地，该四开关双向DC变换器包括第一桥臂、第二桥臂和连接在第一桥臂和第二桥臂之间的电感L1。
所述第一桥臂包括第一开关管VT1和第二开关管VT2，所述第一开关管VT1的第一极与所述双向DC变换器的输入端正极电连接，第一开关管VT1的第二极与第二开关管VT2的第一极电连接，第二开关管VT2的第二极与所述双向DC变换器的输入端负极电连接。所述第二桥臂包括第三开关管VT3和第四开关管VT4。第三开关管VT3的第一极与所述双向DC变换器的输出端负极电连接，第三开关管VT3的第二极与第四开关管VT4的第一极电连接，第四开关管VT4的第二极与所述双向DC变换器的输出端正极电连接。
电感L1的第一端与所述第一开关管VT1的第一极电连接，电感L1的第二端与第四开关管VT4的第一极电连接。
双向DC变换器的工作模式包括降压(Buck)模式、升压(Boost)模式和Buck/Boost模式。
在Buck模式下，第一桥臂工作，第一开关管VT1和第二开关管VT2交替导通，第二桥臂中的第三开关管VT3常关断，第二桥臂中的第四开关管VT4常导通。
在Buck/Boost模式中，第一桥臂和第二桥臂同时工作，第一开关管VT1和第三开关管VT3同步地通断，第二开关管VT2和第四开关管VT4同步地通断。第一开关管VT1和第二开关管VT2交替地通断，第三开关管VT3和第四开关管VT4交替地通断。
在Boost模式中，第二桥臂工作，第三开关管VT3和第四开关管VT4交替导通，第一桥臂中的第一开关管VT1常导通，第二开关管VT2常关断。
在三模态工作方式下，特别是由Buck模式过渡到Buck/Boost模式，或者从Buck/Boost模式过渡到Boost模式时现有控制方法，有的会存在电压失调的问题。
发明内容
本公开的目的在于提供一种双向DC变换器的控制方法、一种双向DC变换器的控制模块、一种双向DC变换器和一种计算机可读存储介质。
作为本公开的第一个方面，提供一种双向DC变换器的控制方法，所述双向DC变换器包括至少一个功率变换单元，所述功率变换单元包括第一桥臂、第二桥臂和电感，所述第一桥臂包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管的第一极与所述双向DC变换器的输入端正极电连接，所述第一开关管的第二极与所述第二开关管的第一极电连接，所述第二开关管的第二极与所述双向DC变换器的输入端负极电连接，所述第二桥臂包括第三开关管和第四开关管，所述第三开关管的第一极与所述双向DC变换器的输出端负极电连接，所述第三开关管的第二极与所述第四开关管的第一极电连接，所述第四开关管的第二极与所述双向DC变换器的输出端正极电连接，所述电感的第一端与所述第一开关管的第二极电连接，所述电感的第二端与所述第四开关管的第一极电连接；所述控制方法包括：
根据输入电压和输出电压确定所述双向DC变换器的工作模式；
根据所述双向DC变换器的工作模式分别确定所述第一开关管的驱动信号的占空度、所述第二开关管的驱动信号的占空度、所述第三开关管的驱动信号的占空度和所述第四开关管的驱动信号的占空度；
根据确定的第一开关管的驱动信号的占空度向第一开关管的栅极提供驱动信号、根据确定的第二开关管的驱动信号的占空度向第二开关管的栅极提供驱动信号、根据确定的第三开关管的驱动信号的占空度向第三开关管的栅极提供驱动信号、根据确定的第四开关管的驱动信号的占空度向第四开关管的栅极提供驱动信号；其中，所述第一开关管的驱动信号的占空度、所述第二开关管的驱动信号的占空度、所述第三开关管的驱动信号的占空度和所述第四开关管的驱动信号的占空度与所述双向DC变换器的工作模式之间满足以下关系：
当所述双向DC变换器工作在降压Buck模式下时，所述第一开关管的驱动信号的占空度的最大值为第一占空度阈值；
当所述双向DC变换器工作在升压Boost模式下时，所述第三开关管的驱动信号的占空度的最小值为第二占空度阈值；
当所述双向DC变换器工作在Buck/Boost模式下时，所述第一开关管的驱动信号占空度为恒定值，所述第一占空度阈值与所述恒定值之间的差值不超过预定差值，并且，所述第三开关管的驱动信号的占空度满足：
1-D11/K1＜D2＜1-D11/K2，其中，
D11为所述恒定值；
K1为所述双向DC变换器的降压系数，0.9≤K1＜1；
K2为所述双向DC变换器的升压系数，1＜K2＜1.1。
可选地，所述预定差值满足以下关系：
0＜Δ≤0.05，
其中，Δ为所述预定差值。
可选地，根据输入电压和输出电压确定所述双向DC变换器的工作模式的步骤包括：
分别对输入电压和输出电压进行采样；
对采样获得的输入电压和采样获得的输出电压进行比较；
当Vo≤K1×Vin时，判定所述双向DC变换器的工作模式为Buck模式；
当K1×Vin≤Vo≤K2×Vin时，判定所述双向DC变换器的工作模式为Buck/Boost模式；
当K2×Vin≤Vo时，判定所述双向DC变换器的工作模式为Boost模式。
可选地，在根据输入电压和输出电压确定所述双向DC变换器的工作模式的步骤中，
在双向DC变换器的工作模式从Buck模式切换为Buck/Boost模式的情况下，当Vo＜K1’×Vin时，判定所述双向DC变换器的工作模式为Buck模式，其中，K1’为第一滞环判断系数，0＜K1’＜K1；
在双向DC变换器的工作模式从Boost模式切换为Buck/Boost模式的情况下，当Vo＜K2’×Vin时，判定所述双向DC变换器的工作模式为Buck/Boost模式，K2’为第二滞环判断系数，1＜K2’＜K2。
可选地，所述第一占空度阈值与K1相同，所述第二占空度阈值满足以下关系：
D2min＝1-1/K2；
其中，D2min为所述第二占空度阈值。
可选地，当所述双向DC变换器工作在Buck/Boost模式下时，所述第三开关管的驱动信号的占空度满足以下公式：
Vo＝(D11×Vin)/(1-D2)，其中，D2为第三开关管的驱动信号的占空度，D11为所述恒定值。
作为本公开的第二个方面，提供一种用于双向DC变换器的控制模块，所述双向DC变换器包括至少一个功率变换单元，所述功率变换单元包括第一桥臂、第二桥臂和电感，所述第一桥臂包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管的第一极与所述双向DC变换器的输入端正极电连接，所述第一开关管的第二极与所述第二开关管的第一极电连接，所述第二开关管的第二极与所述双向DC变换器的输入端负极电连接，所述第二桥臂包括第三开关管和第四开关管，所述第三开关管的第一极与所述双向DC变换器的输出端负极电连接，所述第三开关管的第二极与所述第四开关管的第一极电连接，所述第四开关管的第二极与所述双向DC变换器的输出端正极电连接，所述电感的第一端与所述第一开关管的第二极电连接，所述电感的第二端与所述第四开关管的第一极电连接；
所述控制模块包括：
信号处理单元，所述信号处理单元用于根据输入电压和输出电压确定所述双向DC变换器的工作模式、并根据所述双向DC变换器的工作模式分别确定所述第一开关管的驱动信号的占空度、所述第二开关管的驱动信号的占空度、所述第三开关管的驱动信号的占空度和所述第四开关管的驱动信号的占空度，所述第一开关管的驱动信号的占空度、所述第二开关管的驱动信号的占空度、所述第三开关管的驱动信号的占空度和所述第四开关管的驱动信号的占空度与所述双向DC变换器的工作模式之间满足以下关系：
当所述双向DC变换器工作在降压Buck模式下时，所述第一开关管的驱动信号的占空度的最大值为第一占空度阈值；
当所述双向DC变换器工作在升压Boost模式下时，所述第三开关管的驱动信号的占空度的最小值为第二占空度阈值；
当所述双向DC变换器工作在Buck/Boost模式下时，所述第一开关管的驱动信号占空度为恒定值，所述第一占空度阈值与所述恒定值之间的差值不超过预定差值，并且，所述第三开关管的驱动信号的占空度满足：
1-D11/K1＜D2＜1-D11/K2，其中，
D11为所述恒定值；
K1为所述双向DC变换器的降压系数，0.9≤K1＜1；
K2为所述双向DC变换器的升压系数，1＜K2＜1.1；
驱动单元，所述驱动单元具有至少一个输出端组，每个输出端组都包括与所述第一开关管的栅极电连接的第一输出端、与所述第二开关管的栅极电连接的第二输出端、与所述第三开关管的栅极电连接的第三输出端、与所述第四开关管的栅极电连接的第四输出端，所述驱动单元用于根据所述第一开关管的驱动信号的占空度从所述第一输出端输出第一开关管的驱动信号、根据所述第二开关管的驱动信号的占空度从所述第二输出端输出第二开关管的驱动信号、根据所述第三开关管的驱动信号的占空度从所述第三输出端输出第三开关管的驱动信号和根据所述第四开关管的驱动信号的占空度从所述第四输出端输出第四开关管的驱动信号。
可选地，所述双向DC变换器还包括：
输入电压采样单元，所述输入电压采样单元用于采集所述双向DC变换器的输入电压；
输出电压采样单元，所述输出电压采样单元用于采集所述双向DC变换器的输出电压。
可选地，所述预定差值满足以下关系：
0＜Δ≤0.05，
其中，Δ为所述预定差值。
可选地，当Vo≤K1×Vin时，所述信号处理单元判定所述双向DC变换器的工作模式为Buck模式；
当K1×Vin≤Vo≤K2×Vin时，所述信号处理单元判定所述双向DC变换器的工作模式为Buck/Boost模式；
当K2×Vin≤Vo时，所述信号处理单元判定所述双向DC变换器的工作模式为Boost模式。
可选地，在双向DC变换器的工作模式从Buck模式切换为Buck/Boost模式的情况下，当Vo＜K1’×Vin时，所述信号处理单元判定所述双向DC变换器的工作模式为Buck模式，其中，K1’为第一滞环判断系数，0＜K1’＜K1；
在双向DC变换器的工作模式从Boost模式切换为Buck/Boost模式的情况下，当Vo＜K2’×Vin时，所述信号处理单元判定所述双向DC变换器的工作模式为Buck/Boost模式，K2’为第二滞环判断系数，1＜K2’＜K2。
可选地，所述第一占空度阈值与K1相同，所述第二占空度阈值满足以下关系：
D2min＝1-1/K2；
其中，D2min为所述第二占空度阈值。
可选地当所述双向DC变换器工作在Buck/Boost模式下时，所述第三开关管的驱动信号的占空度满足以下公式：
Vo＝(D11×Vin)/(1-D2)，其中，D2为第三开关管的驱动信号的占空度，D11为所述恒定值。
作为本公开的第三个方面，提供一种双向DC变换器，包括：
至少一个功率变换单元，所述功率变换单元包括第一桥臂、第二桥臂和电感，所述第一桥臂包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管的第一极与所述双向DC变换器的输入端正极电连接，所述第一开关管的第二极与所述第二开关管的第一极电连接，所述第二开关管的第二极与所述双向DC变换器的输入端负极电连接，所述第二桥臂包括第三开关管和第四开关管，所述第三开关管的第一极与所述双向DC变换器的输出端负极电连接，所述第三开关管的第二极与所述第四开关管的第一极电连接，所述第四开关管的第二极与所述双向DC变换器的输出端正极电连接，所述电感的第一端与所述第一开关管的第二极电连接，所述电感的第二端与所述第四开关管的第一极电连接；
所述控制模块。
作为本公开的第四个方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有可执行程序，当所述可执行程序被调用时，能够实现权利要求本公开所提供的上述控制方法。
利用本公开所提供的控制方法对本公开所提供的双向DC转换器进行控制时，当工作模式之间发生切换时，可以避免各个开关管的驱动信号的占空度发生较大幅度的变化，从而避免电压失调的现象。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是相关技术中双向DC转换器的电路示意图；
图2是本公开所提供的双向DC转换器的一种实施方式的结构示意图；
图3是本公开中所涉及的双向DC转换器的三种工作模式工作范围示意图；
图4为本公开第一个方面所提供的控制方法的一种实施方式的流程图；
图5为实施例1中三种模式切换各驱动波形图；
图6为实施例2中三种模式切换滞环控制区间划分图；
图7为实施例2中三种模式切换各驱动波形图；
图8为实施例4中两个功率变换单元的电路结构图；
图9是步骤S110的流程示意图。
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详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在相关技术中，工作在Buck/Boost模式下的双向DC变换器，控制方法主要有单载波双调制波和单载波单调制波两种方法，在单载波双调制波控制方法中两调制波分别控制左第二桥臂中开关管的通断，存在的问题在于开关管驱动信号的占空度有无限接近于1或者接无限近于0的情况，当占空度无限趋近于1或无限趋近于0时都会存在电压失调的问题。另外一种如果在Buck和Boost模式使用单载波双调制波然后在进入Buck/Boost模式后切换到单载波单调制波时又会出现开关管驱动信号占空度突变的情况，这样就会有电感电流发生突变，输出电压指标变差的问题。
有鉴于此，作为本公开的第一个方面，提供一种双向DC变换器的控制方法。
如图2所示，在本公开中，所述双向DC变换器包括至少一个功率变换单元100，该功率变换单元100包括第一桥臂、第二桥臂和电感L1。所述第一桥臂包括第一开关管VT1和第二开关管VT2，第一开关管VT1的第一极与所述双向DC变换器的输入端正极Vin+电连接，第一开关管VT1的第二极与第二开关管VT2的第一极电连接，第二开关管VT2的第二极与所述双向DC变换器的输入端负极Vin-电连接。
所述第二桥臂包括第三开关管VT3和第四开关管VT4，第三开关管VT3的第一极与所述双向DC变换器的输出端负极Vo--电连接，所述第三开关管的第二极与所述第四开关管的第一极电连接，所述第四开关管的第二极与所述双向DC变换器的输出端正极Vo+电连接。
电感L1的第一端与第一开关管VT1的第二极电连接，电感L1的第二端与第四开关管VT4的第一极电连接。
如图4所示，所述控制方法包括：
在步骤S110中，根据输入电压和输出电压确定所述双向DC变换器的工作模式；
在步骤S120中，根据所述双向DC变换器的工作模式分别确定所述第一开关管的驱动信号的占空度、所述第二开关管的驱动信号的占空度、所述第三开关管的驱动信号的占空度和所述第四开关管的驱动信号的占空度；
在步骤S130中，根据确定的第一开关管的驱动信号的占空度向第一开关管的栅极提供驱动信号、根据确定的第二开关管的驱动信号的占空度向第二开关管的栅极提供驱动信号、根据确定的第三开关管的驱动信号的占空度向第三开关管的栅极提供驱动信号、根据确定的第四开关管的驱动信号的占空度向第四开关管的栅极提供驱动信号。
其中，所述第一开关管的驱动信号的占空度、所述第二开关管的驱动信号的占空度、所述第三开关管的驱动信号的占空度和所述第四开关管的驱动信号的占空度与所述双向DC变换器的工作模式之间满足以下关系：
当所述双向DC变换器工作在降压Buck模式下时，所述第一开关管的驱动信号的占空度的最大值为第一占空度阈值；
当所述双向DC变换器工作在升压Boost模式下时，所述第三开关管的驱动信号的占空度的最小值为第二占空度阈值；
当所述双向DC变换器工作在Buck/Boost模式下时，所述第一开关管的驱动信号占空度为恒定值，并且，调节所述第三开关管的驱动信号的占空度以实现所述双向DC变换器在Buck/Boost模式下的输出，所述第一占空度阈值与所述恒定值之间的差值不超过预定差值Δ。并且，所述第三开关管的驱动信号的占空度满足：
1-D11/K1＜D2＜1-D11/K2，其中，
D11为所述恒定值；
K1为所述双向DC变换器的降压系数，0.9≤K1＜1；
K2为所述双向DC变换器的升压系数，1＜K2＜1.1。
不同的双向DC变换器的开关管开关频率设置不同、并且开关管的型号、产生各个驱动信号的驱动电路的参数等互不相同，每个开关管的驱动信号都要满足一个最小占空度需求，否则就会由于受到产生驱动信号的驱动电路的延迟和寄生电容等因素影响，造成最终提供给开关管的驱动信号占空度的缩小、而使得开关管无法完全导通。对于每个DC变换器而言，所述降压系数K1、所述升压系数K2的数值都是固定不变的，以满足DC变换器正常工作的需求。
在本公开所提供的控制方法中，当所述双向DC变换器工作在Buck模式下时，输出电压Vo与输入电压Vin之间的关系如下：
Vo＝D1×Vin。
其中，D1为提供给第一开关管VT1的栅极的驱动信号VG1的占空度。在Buck模式下，随着输出电压Vo的上升，提供给第一开关管VT1的栅极的驱动信号VG1的占空度也随之上升，如上文中所述，占空度D1在Buck模式下存在最大值(即，所述第一占空度阈值，用D1max表示)。
K1为降压系数，在当所述双向DC变换器工作在Buck模式下时，输出电压Vo与输入电压Vin之间还满足以下关系：
Vo≤K1×Vin。
当双向DC变换器的工作模式从Buck模式转换为Buck/Boost时，由于提供给第一开关管VT1的栅极的驱动信号VG1的占空度D1为所述恒定值(用D11表示)，可以通过调节提供给第三开关管VT3的栅极的控制信号VG3的占空度D2来调节输出电压。在Buck/Boost模式下，输入电压Vin和输出电压Vo的关系式为：
Vo＝(D11×Vin)/(1-D2)。
当所述双向DC变换器工作在Buck/Boost模式下时，输出电压Vo与输入电压Vin之间还满足以下关系：
K1×Vin＜Vo＜K2×Vin。
通过上述不等式可知，当所述双向DC变换器工作在Buck/Boost模式下时，输出电压Vo与输入电压Vin比较接近。
由于在进入Buck/Boost模式后，第一开关管VT1的驱动信号VG1的占空度保持D11不变，因此，调节第三开关管VG3的占空度D2可以调节输出电压，以满足双向DC变换器在Buck/Boost模式下的正常输出。
在所述DC变换器进入Buck/Boost模式后，保持第一开关管VT1的驱动信号VG1占空度D11与第一开关VT1的驱动信号VG1在Buck模式下的最大占空度D1max接近，以确保第一开关VT1的驱动信号VG1的占空度在由Buck模式转换到Buck/Boost模式过程中不发生大的突变，并且可以确保各个开关管的有效导通和关断。由于第一开关管VT1和第二开关管VT2的驱动信号是互补工作的，所以，从Buck模式切换到Buck/Boost模式过程中第二开关管VT2的驱动信号VG2的占空度也不会发生大的突变。
在所述双向DC变换器在Buck模式下，第四开关管VT4是保持常通状态的，此时第四开关管VT4的驱动信号VG4保持高电平状态，当进入Buck/Boost模式后，第四开关管VT4的驱动信号VG4开始以和第一开关管VT1相同的开关频率动作。
根据在Buck/Boost模式下输入输出电压的关系，可以得到第三开关管VT3的驱动信号VG3的占空度满足上文中所述的“1-D11/K1＜D2＜1-D11/K2”这一不等式，由此可知，第三开关管VT3的驱动信号VG3的占空度既略大于0、又能保证第三开关管VT3的有效导通，从而保证了双向DC变换器从Buck模式切换到Buck/Boost模式的过程中，是从0略有增大的，不会发生占空度的大突变。由于第三开关管VT3和第四开关管VT4是互补工作的，所以双向DC变换器从Buck模式切换到Buck/Boost模式的过程中，第四开关管VT4的驱动信号VG4的占空度是从1略有减小，不会发生占空度的大突变。
双向DC变换器工作在Boost模式时，第一开关管VT1工作在常导通状态，此时第一开关管VT1的驱动信号VG1的占空度为1，第二开关管VT2为常关断状态，此时第二开关管VT2的驱动信号VG2的占空度为0，在Boost模式下，输入电压和输出电压的关系式为Vo＝Vin/(1-D2)，在进入Boost模式后，第三开关管VT3的驱动信号的占空度将随着输出电压的上升逐渐增大，刚进入Boost模式时第三开关管VT3的驱动信号VG2占空度D2略比0大，保证了在双相DC变换器在从Buck/Boost模式切换到Boost模式时，第三开关管VT3的驱动信号VG3的占空度不发生大的突变，同样第四开关管VT4的驱动信号的占空度也不会发生大的突变。
由于四开关的双相DC转换器可以实现能量的双向流动，所以，无论双相DC转换器哪个端口是功率输入端，在不增加硬件电路和改变电路结构的条件下，利用本公开所提供的控制方法均可以实现不同模式的平滑切换。
在本公开中Δ的具体数值不做特殊的限定，作为一种可选实施方式，所述预定差值满足以下关系：
0＜Δ≤0.05。
作为一种可选实施方式，所述第一占空度阈值可以为0.95，所述恒定值可以为0.92。
在进入Buck/Boost模式阶段，保持第一开关管VT1的驱动信号占空VG1为0.92，与Buck模式下的驱动信号VG1的占空度最大值0.95非常接近，由此可以确保在所述双向DC变换器的工作模式由Buck模式进入Buck/Boost模式后，第一开关管VT1的驱动信号的占空度不会发生大的突变。由于第一开关管VT1和第二开关管VT2的驱动信号是互补工作的，因此，第二开关VT2的驱动信号VG2的占空度从Buck模式下的1-D1max＝0.05切换到Buck/Boost模式过程中的1-D11＝0.8，也没有发生大的变化。
在本公开中，对如何根据输入电压和输出电压确定所述双向DC变换器的步骤S110不做特殊的限定，可选地，如图9所示，步骤S110可以包括：
在步骤S111中，分别对输入电压和输出电压进行采样；
在步骤S112中，对采样获得的输入电压和采样获得的输出电压进行比较；
在步骤S113中：当Vo≤K1×Vin时，判定所述双向DC变换器的工作模式为Buck模式；当K1×Vin≤Vo≤K2×Vin时，判定所述双向DC变换器的工作模式为Buck/Boost模式；当K2×Vin≤Vo时，判定所述双向DC变换器的工作模式为Boost模式。
为了保证在各个工作模式切换时不会出现摩天的频繁切换，可选地，可以在各切换点增加滞环判断。具体地，在步骤S113中：
在双向DC变换器的工作模式从Buck模式切换为Buck/Boost模式的情况下，当Vo＜K1’×Vin时，判定所述双向DC变换器的工作模式为Buck模式，其中，K1’为第一滞环判断系数，0＜K1’＜K1；
在双向DC变换器的工作模式从Boost模式切换为Buck/Boost模式的情况下，当Vo＜K2’×Vin时，判定所述双向DC变换器的工作模式为Buck/Boost模式，K2’为第二滞环判断系数，1＜K2’＜K2。
需要指出的是，第一滞环判断系数K1’和降压系数K1应当是接近的，二者的差值优选不超过0.05。例如，当K1为0.95时，K1’可以为0.92。
第二滞环判断系数K2’和升压系数K1也应当是接近的，二者的差值优选不超过0.05。例如，当K2为1.05时，K2’可以为1.02。
作为一种可选实施方式，所述第一占空度阈值D1max与K1相同。例如，K1和D1max均为0.95.。
作为一种可选实施方式，所述第二占空度阈值满足以下关系：
D2min＝1-1/K2；
其中，D2min为所述第二占空度阈值。
作为本公开的第二个方面，提供一种用于双向DC变换器的控制模块200。如图2所示，控制模块200包括信号处理单元210和驱动单元220。
信号处理单元210用于根据输入电压和输出电压确定所述双向DC变换器的工作模式、并根据所述双向DC变换器的工作模式分别确定第一开关管VT1的驱动信号VG1的占空度、第二开关管VT2的驱动信号VG2的占空度、第三开关管VT3的驱动信号VG3的占空度和第四开关管VT4的驱动信号VG4的占空度。
第一开关管VT1的驱动信号VG1的占空度、第二开关管VT2的驱动信号VG2的占空度、第三开关管VT3的驱动信号VG3的占空度和第四开关管VT4的驱动信号VG4的占空度满足以下关系：
当所述双向DC变换器工作在降压Buck模式下时，第一开关管VT1的驱动信号VG1的占空度的最大值为第一占空度阈值；
当所述双向DC变换器工作在降压Buck模式下时，所述第一开关管的驱动信号的占空度的最大值为第一占空度阈值；
当所述双向DC变换器工作在升压Boost模式下时，所述第三开关管的驱动信号的占空度的最小值为第二占空度阈值；
当所述双向DC变换器工作在Buck/Boost模式下时，所述第一开关管的驱动信号占空度为恒定值，所述第一占空度阈值与所述恒定值之间的差值不超过预定差值，并且，所述第三开关管的驱动信号的占空度满足：
1-D11/K1＜D2＜1-D11/K2，其中，
D11为所述恒定值；
K1为所述双向DC变换器的降压系数，0.9≤K1＜1；
K2为所述双向DC变换器的升压系数，1＜K2＜1.1；
驱动单元220具有至少一个输出端组，每个输出端组都包括与第一开关管VT1的栅极电连接的第一输出端、与第二开关管VT2的栅极电连接的第二输出端、与第三开关管VT3的栅极电连接的第三输出端、与第四开关管VT4的栅极电连接的第四输出端。
驱动单元220用于根据第一开关管VT1的驱动信号VG1的占空度从所述第一输出端输出第一开关管VT1的驱动信号VG1、根据第二开关管VT2的驱动信号的占空度从所述第二输出端输出第二开关管VT2的驱动信号VG2、根据所述第三开关管VT3的驱动信号的占空度从所述第三输出端输出第三开关管VT3的驱动信号VG3和根据第四开关管VT4的驱动信号的占空度从所述第四输出端输出第四开关管的驱动信号VG4。
控制模块200用于执行本公开所提供的上述控制方法，上文中已经对所述控制方法的原理和有意效果进行了详细的描述，这里不再赘述。
为了便于确定所述双向DC变换器的工作模式，可选地，如图2所示，所述控制模块还包括：
输入电压采样单元230，该输入电压采样单元230用于采集所述双向DC变换器的输入电压；
输出电压采样单元240，该输出电压采样单元240用于采集所述双向DC变换器的输出电压。
可选地，所述预定差值满足以下关系：
0＜Δ≤0.05，
其中，Δ为所述预定差值。
当Vo≤K1×Vin时，信号处理单元210判定所述双向DC变换器的工作模式为Buck模式。
当K1×Vin≤Vo≤K2×Vin时，信号处理单元210判定所述双向DC变换器的工作模式为Buck/Boost模式。
当K2×Vin≤Vo时，信号处理单元230判定所述双向DC变换器的工作模式为Boost模式。
在双向DC变换器的工作模式从Buck模式切换为Buck/Boost模式的情况下，当Vo＜K1’×Vin时，信号处理单元210判定所述双向DC变换器的工作模式为Buck模式，其中，K1’为第一滞环判断系数，0＜K1’＜K1。
在双向DC变换器的工作模式从Boost模式切换为Buck/Boost模式的情况下，当Vo＜K2’×Vin时，信号处理单元210判定所述双向DC变换器的工作模式为Buck/Boost模式，K2’为第二滞环判断系数，1＜K2’＜K2。
所述第一占空度阈值与K1相同，所述第二占空度阈值满足以下关系：
D2min＝1-1/K2；
其中，D2min为所述第二占空度阈值。
当所述双向DC变换器工作在Buck/Boost模式下时，所述第三开关管的驱动信号的占空度满足以下公式：
Vo＝(D11×Vin)/(1-D2)，其中，D2为第三开关管的驱动信号的占空度，D11为所述恒定值。
作为本公开的第三个方面，提供一种双向DC变换器，如图2所示，双向DC变换器包括至少一个功率变换单元100和本公开所提供的上述控制模块200。
具体地，功率变换单元100包括第一桥臂、第二桥臂和电感L1。所述第一桥臂包括第一开关管VT1和第二开关管VT2，第一开关管VT1的第一极与所述双向DC变换器的输入端正极Vin+电连接，第一开关管VT1的第二极与第二开关管VT2的第一极电连接，第二开关管VT2的第二极与所述双向DC变换器的输入端负极Vin-电连接。
所述第二桥臂包括第三开关管VT3和第四开关管VT4，第三开关管VT3的第一极与所述双向DC变换器的输出端负极Vt-电连接，所述第三开关管的第二极与所述第四开关管的第一极电连接，所述第四开关管的第二极与所述双向DC变换器的输出端正极V+电连接。
电感L1的第一端与第一开关管VT1的第二极电连接，电感L1的第二端与第四开关管VT4的第一极电连接。
在本公开中，对功率输出单元100的数量不做特殊的限定。例如，在图8中所示的实施方式中，双向DC变换器包括并联的两个功率输出单元100。
作为一种可选实施方式，双向DC变换器的输入端正极和输入端负极之间还可以连接有输入滤波电容Cin，DC变换器的输出端正极和输出端负极之间还可以连接有输出滤波电容Co。
下面结合具体实施例对本公开所提供的双向DC变换器的工作原理进行详细描述。
实施例1
在本实施例中设定第一桥臂和第二桥臂的开关频率均为25KHz。降压系数K1为0.95，升压系数K2为1.05。
输入电压采样单元230将输入电压信号采样后送入信号处理单元210，输出电压采样单元240将输出电压信号采样后送入信号处理单元210，信号处理单元210接收输入输出电压采样信号后进行比较判断，当Vo≦K1×Vin，此时系统判断Vo<Vin，功率变换单元100工作在Buck模式，设置开关管VT1的占空度为D1，在Buck模式下Vo＝D1×Vin，随着输出电压Vo的上升D1值会随之上升，占空度D1在Buck模式下存在着最大值D1max＝0.95。
当信号处理单元210检测到0.95×Vin<Vo<K2×Vin，此时信号处理单元210判定输出电压与输入电压比较接近，并进一步判定功率变换单元100在Buck/Boost模式，设置在此模式下第一开关管VT1的驱动信号VG1的占空度恒定为D11＝0.92，设置在此模式下第二开关管VT2的驱动信号VG2的占空度为D22，在Buck/Boost模式下输入电压和输出电压以及各占空度的关系表达式为Vo＝(0.92×Vin)/(1-D22)，由于在进入Buck/Boost模式后保持D11不变，调节第三开关管VT3的驱动信号VG3占空度D2来调节输出电压，所以在Buck/Boost模式下0.032<D22<0.124，第三开关管VT3的导通时间为1.28μS<T<4.96μS。
在进入Buck/Boost模式阶段，保持第一开关管VT1的驱动信号VG1占空度D11＝0.92，与Buck模式下的最大占空度D1max＝0.95很接近，由此可以确保第一开关管VT1的驱动信号VG1的占空度在由Buck模式转换到Buck/Boost模式过程中不发生大的突变。由于第一开关管VT1的驱动信号VG1和第二开关管VT2的驱动信号VG2是互补工作的，所以第二开关管VT2的占空度从Buck模式下的1-D1max＝0.05切换到Buck/Boost模式过程中的1-D11＝0.08也不会发生大的突变。
在Buck模式下第三开关管VT3是常关断的，第三开关管VT3的驱动信号VG3的占空度为D2＝0，第四开关管VT4是保持常通状态的，此时第四开关管VT4的驱动信号VG4的占空度为1-D2＝1，当进入Buck/Boost模式后，第四开关管VT4的驱动信号VG4开始以和第一开关管VT1相同的开关频率动作，且第四开关管VT4的驱动高电平信号与第一开关管管VT1的高电平信号中心对称。具体各驱动信号在个模态下的波形示意图如附图5所示。
在此实施例中根据在Buck/Boost模式下输入输出电压的关系式，得到在此模式下第三开关管VT3的驱动信号的占空度为1-D11/0.95<D22<1-D11/1.05，其中D11＝0.92，所以得到在Buck/Boost模式下的第三开关管VT3的驱动信号占空度范围为0.032<D22<0.124，如此设置保证了第三开关管VT3的驱动信号VG3的占空度从Buck模式切换到Buck/Boost模式过程中是从0增大到0.032至0.124的范围内的，不会发生占空度的大幅度突变。由于第三开关管VT3和第四开关管VT4的驱动信号是互补工作的，所以第四开关管VT4的驱动信号VG4占空度(1-D22)从Buck模式切换到Buck/Boost模式过程中是从1缩小到0.968至0.876的范围内，如此可使得驱动信号VG4的占空度不发生大的突变。
当信号处理单元210检测到，1.05×Vin≦Vo，此时信号处理单元210会认为输出电压大于输入电压，判定功率输出单元100工作在Boost模式，设置第一开关管VT1工作在常导通状态，此时第一开关管VT1的驱动信号VG1的占空度为1，设置第二开关管VT2为常关断状态，此时第二开关管VT2的驱动信号VG2的占空度为0，在Boost模式下输入电压和输出电压的关系式为Vo＝Vin/(1-D23)，在进入Boost模式后，第三开关管VT3的驱动信号VG3的占空度将从D23＝1-1/1.05＝0.048随着输出电压的上升逐渐增大，所以刚进入Boost模式时第三开关管VT3的驱动信号VG3的占空度D23＝0.048，这样驱动信号VG3的占空度在从Buck/Boost模式进入Boost模式时是从0.124变化到0.048，也使得驱动信号VG3的占空度在从Buck/Boost模式切换到Boost模式时不发生大的突变，同样驱动信号VG4的占空度在从Buck/Boost模式切换到Boost模式时是从0.876变化到0.952，也不会发生大的突变。
本实施例中以上叙述是输入电压不变，输出电压逐渐上升的过程中各开关管占空度变过过程的叙述，当输入电压保持不变，输出电压从高电压逐渐下降的过程是上述过程的反过程，各开关管的占空度变化是反向变化的，也是平滑过度不会出现大的突变的，此处不在详细叙述，另外为保证在各模态切换时不出现模态的频繁切换可以在各切换点增加滞环判断，滞环设置如附图6所示，图中当输入电压保持不变，输出电压上升到0.95Vin以上时电路由Buck模式进入Buck/Boost模式，当输出电压低于0.92Vin时，电路才从Buck/Boost模式进入Buck模式；同样当输出电压上升到1.05Vin以上时电路由Buck/Boost模式进入到Boost模式，当输出电压低于1.02Vin时电路才从Boost模式进入Buck/Boost模式。
实施例2
与实施例1不同之处在于，本实施例中第三开关管VT3的驱动信号VG3的上升沿与第一开关管VT1的驱动信号VG1的上升沿同一时刻产生。实施例2中各驱动信号在各模态下的波形示意图如附图7所示。
可以看出，功率输出单元100在不同工作模式间切换时，各个驱动信号的占空度均没有大幅度的改变。
实施例3
与实施例1不同的方在于，本实施例采取的驱动信号频率为50KHz，设置的D11值为D11＝0.88，此实施例中第三开关管VT3的驱动信号VG3的占空度在Buck/Boost模式下的占空度范围为：
1-D11/0.95<D22<1-D11/1.05，即0.074<D22<0.162。
第三开关管VT3在Buck/Boost模式下的导通时间为1.48μS<T<3.24μS。
实施例4
与实施例1不同的地方在于，如图8所示，本实施例中双向DC变换器包含两个独立的功率输出单元100，两路功率输入单元的输入端并联，输出端并联，第二路与第一路之间相位交错180°工作。
作为本公开的第四个方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有可执行程序，当所述可执行程序被调用时，能够实现本公开所提供的上述控制方法。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其它存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其它光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其它磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其它的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其它传输机制之类的调制数据信号中的其它数据，并且可包括任何信息递送介质。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种双向DC变换器的控制方法，所述双向DC变换器包括至少一个功率变换单元，所述功率变换单元包括第一桥臂、第二桥臂和电感，所述第一桥臂包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管的第一极与所述双向DC变换器的输入端正极电连接，所述第一开关管的第二极与所述第二开关管的第一极电连接，所述第二开关管的第二极与所述双向DC变换器的输入端负极电连接，所述第二桥臂包括第三开关管和第四开关管，所述第三开关管的第一极与所述双向DC变换器的输出端负极电连接，所述第三开关管的第二极与所述第四开关管的第一极电连接，所述第四开关管的第二极与所述双向DC变换器的输出端正极电连接，所述电感的第一端与所述第一开关管的第二极电连接，所述电感的第二端与所述第四开关管的第一极电连接；所述控制方法包括：
根据输入电压和输出电压确定所述双向DC变换器的工作模式；
根据所述双向DC变换器的工作模式分别确定所述第一开关管的驱动信号的占空度、所述第二开关管的驱动信号的占空度、所述第三开关管的驱动信号的占空度和所述第四开关管的驱动信号的占空度；
根据确定的第一开关管的驱动信号的占空度向第一开关管的栅极提供驱动信号、根据确定的第二开关管的驱动信号的占空度向第二开关管的栅极提供驱动信号、根据确定的第三开关管的驱动信号的占空度向第三开关管的栅极提供驱动信号、根据确定的第四开关管的驱动信号的占空度向第四开关管的栅极提供驱动信号；其中，所述第一开关管的驱动信号的占空度、所述第二开关管的驱动信号的占空度、所述第三开关管的驱动信号的占空度和所述第四开关管的驱动信号的占空度与所述双向DC变换器的工作模式之间满足以下关系：
当所述双向DC变换器工作在降压Buck模式下时，所述第一开关管的驱动信号的占空度的最大值为第一占空度阈值；
当所述双向DC变换器工作在升压Boost模式下时，所述第三开关管的驱动信号的占空度的最小值为第二占空度阈值；
当所述双向DC变换器工作在Buck/Boost模式下时，所述第一开关管的驱动信号占空度为恒定值，所述第一占空度阈值与所述恒定值之间的差值不超过预定差值，并且，所述第三开关管的驱动信号的占空度满足：
1-D11/K1＜D2＜1-D11/K2，其中，
D11为所述恒定值；
K1为所述双向DC变换器的降压系数，0.9≤K1＜1；
K2为所述双向DC变换器的升压系数，1＜K2＜1.1。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其中，所述预定差值满足以下关系：
0＜Δ≤0.05，
其中，Δ为所述预定差值。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其中，根据输入电压和输出电压确定所述双向DC变换器的工作模式的步骤包括：
分别对输入电压和输出电压进行采样；
对采样获得的输入电压和采样获得的输出电压进行比较；
当Vo≤K1×Vin时，判定所述双向DC变换器的工作模式为Buck模式；
当K1×Vin≤Vo≤K2×Vin时，判定所述双向DC变换器的工作模式为Buck/Boost模式；
当K2×Vin≤Vo时，判定所述双向DC变换器的工作模式为Boost模式。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其中，在根据输入电压和输出电压确定所述双向DC变换器的工作模式的步骤中，
在双向DC变换器的工作模式从Buck模式切换为Buck/Boost模式的情况下，当Vo＜K1’×Vin时，判定所述双向DC变换器的工作模式为Buck模式，其中，K1’为第一滞环判断系数，0＜K1’＜K1；
在双向DC变换器的工作模式从Boost模式切换为Buck/Boost模式的情况下，当Vo＜K2’×Vin时，判定所述双向DC变换器的工作模式为Buck/Boost模式，K2’为第二滞环判断系数，1＜K2’＜K2。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的控制方法，其中，所述第一占空度阈值与K1相同，所述第二占空度阈值满足以下关系：
D2min＝1-1/K2；
其中，D2min为所述第二占空度阈值。
6.根据权利要求1至4中任意一项所述的控制方法，其中，当所述双向DC变换器工作在Buck/Boost模式下时，所述第三开关管的驱动信号的占空度满足以下公式：
Vo＝(D11×Vin)/(1-D2)，其中，D2为第三开关管的驱动信号的占空度，D11为所述恒定值。
7.一种用于双向DC变换器的控制模块，所述双向DC变换器包括至少一个功率变换单元，所述功率变换单元包括第一桥臂、第二桥臂和电感，所述第一桥臂包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管的第一极与所述双向DC变换器的输入端正极电连接，所述第一开关管的第二极与所述第二开关管的第一极电连接，所述第二开关管的第二极与所述双向DC变换器的输入端负极电连接，所述第二桥臂包括第三开关管和第四开关管，所述第三开关管的第一极与所述双向DC变换器的输出端负极电连接，所述第三开关管的第二极与所述第四开关管的第一极电连接，所述第四开关管的第二极与所述双向DC变换器的输出端正极电连接，所述电感的第一端与所述第一开关管的第二极电连接，所述电感的第二端与所述第四开关管的第一极电连接；
所述控制模块包括：
信号处理单元，所述信号处理单元用于根据输入电压和输出电压确定所述双向DC变换器的工作模式、并根据所述双向DC变换器的工作模式分别确定所述第一开关管的驱动信号的占空度、所述第二开关管的驱动信号的占空度、所述第三开关管的驱动信号的占空度和所述第四开关管的驱动信号的占空度，所述第一开关管的驱动信号的占空度、所述第二开关管的驱动信号的占空度、所述第三开关管的驱动信号的占空度和所述第四开关管的驱动信号的占空度与所述双向DC变换器的工作模式之间满足以下关系：
当所述双向DC变换器工作在降压Buck模式下时，所述第一开关管的驱动信号的占空度的最大值为第一占空度阈值；
当所述双向DC变换器工作在升压Boost模式下时，所述第三开关管的驱动信号的占空度的最小值为第二占空度阈值；
当所述双向DC变换器工作在Buck/Boost模式下时，所述第一开关管的驱动信号占空度为恒定值，所述第一占空度阈值与所述恒定值之间的差值不超过预定差值，并且，所述第三开关管的驱动信号的占空度满足：
1-D11/K1＜D2＜1-D11/K2，其中，
D11为所述恒定值；
K1为所述双向DC变换器的降压系数，0.9≤K1＜1；
K2为所述双向DC变换器的升压系数，1＜K2＜1.1；
驱动单元，所述驱动单元具有至少一个输出端组，每个输出端组都包括与所述第一开关管的栅极电连接的第一输出端、与所述第二开关管的栅极电连接的第二输出端、与所述第三开关管的栅极电连接的第三输出端、与所述第四开关管的栅极电连接的第四输出端，所述驱动单元用于根据所述第一开关管的驱动信号的占空度从所述第一输出端输出第一开关管的驱动信号、根据所述第二开关管的驱动信号的占空度从所述第二输出端输出第二开关管的驱动信号、根据所述第三开关管的驱动信号的占空度从所述第三输出端输出第三开关管的驱动信号和根据所述第四开关管的驱动信号的占空度从所述第四输出端输出第四开关管的驱动信号。
8.根据权利要求7所述的控制模块，其中，所述双向DC变换器还包括：
输入电压采样单元，所述输入电压采样单元用于采集所述双向DC变换器的输入电压；
输出电压采样单元，所述输出电压采样单元用于采集所述双向DC变换器的输出电压。
9.根据权利要求7所述的控制模块，其中，所述预定差值满足以下关系：
0＜Δ≤0.05，
其中，Δ为所述预定差值。
10.根据权利要求11所述的控制模块，其中，
当Vo≤K1×Vin时，所述信号处理单元判定所述双向DC变换器的工作模式为Buck模式；
当K1×Vin≤Vo≤K2×Vin时，所述信号处理单元判定所述双向DC变换器的工作模式为Buck/Boost模式；
当K2×Vin≤Vo时，所述信号处理单元判定所述双向DC变换器的工作模式为Boost模式。
11.根据权利要求10所述的控制模块，其中，
在双向DC变换器的工作模式从Buck模式切换为Buck/Boost模式的情况下，当Vo＜K1’×Vin时，所述信号处理单元判定所述双向DC变换器的工作模式为Buck模式，其中，K1’为第一滞环判断系数，0＜K1’＜K1；
在双向DC变换器的工作模式从Boost模式切换为Buck/Boost模式的情况下，当Vo＜K2’×Vin时，所述信号处理单元判定所述双向DC变换器的工作模式为Buck/Boost模式，K2’为第二滞环判断系数，1＜K2’＜K2。
12.根据权利要求7至11中任意一项所述的控制模块，其中，所述第一占空度阈值与K1相同，所述第二占空度阈值满足以下关系：
D2min＝1-1/K2；
其中，D2min为所述第二占空度阈值。
13.根据权利要求7至11中任意一项所述的控制模块，其中，当所述双向DC变换器工作在Buck/Boost模式下时，所述第三开关管的驱动信号的占空度满足以下公式：
Vo＝(D11×Vin)/(1-D2)，其中，D2为第三开关管的驱动信号的占空度，D11为所述恒定值。
14.一种双向DC变换器，包括：
至少一个功率变换单元，所述功率变换单元包括第一桥臂、第二桥臂和电感，所述第一桥臂包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管的第一极与所述双向DC变换器的输入端正极电连接，所述第一开关管的第二极与所述第二开关管的第一极电连接，所述第二开关管的第二极与所述双向DC变换器的输入端负极电连接，所述第二桥臂包括第三开关管和第四开关管，所述第三开关管的第一极与所述双向DC变换器的输出端负极电连接，所述第三开关管的第二极与所述第四开关管的第一极电连接，所述第四开关管的第二极与所述双向DC变换器的输出端正极电连接，所述电感的第一端与所述第一开关管的第二极电连接，所述电感的第二端与所述第四开关管的第一极电连接；
权利要求7至13中任意一项所述的控制模块。
15.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有可执行程序，当所述可执行程序被调用时，能够实现权利要求1至6中任意一项所述的控制方法。
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