CN114679043B - 一种电压尖峰抑制方法、控制单元和谐振变换器 - Google Patents

一种电压尖峰抑制方法、控制单元和谐振变换器 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种电压尖峰抑制方法、控制单元和谐振变换器，该方法包括：控制第一开关和第二开关断开；周期输出驱动信号至逆变单元，使第一电阻抑制第一电容的充电电流，其中，每一周期内的驱动信号的占空比对应占空比序列组中的一个占空比值，在占空比序列组中，各占空比值与预设步进值呈不同的倍数关系；当驱动信号的占空比达到第一预设占空比值时，控制第一开关和第二开关闭合，使谐振变换器为负载供电。在该电压尖峰抑制方法中，在软启动阶段将第二开关关断，且设定驱动信号的占空比按照预设步进值有规律地进行增加，使第一电阻对第一电容的充电电流进行限制，从而抑制谐振变换器的电压尖峰。

Description

一种电压尖峰抑制方法、控制单元和谐振变换器
技术领域
本发明实施例涉及电子电力技术领域，特别涉及一种电压尖峰抑制方法、控制单元、谐振变换器和储能设备。
背景技术
随着电力电子行业发展，人们对电力变换的需求逐步增加。谐振变换器由于具有转换效率高、EMC特性好等优点，备受高功率密度电源产品的青睐。
然而，在谐振变换器中，若逆变单元直接以正常占空比启动，容易产生较高的谐振电压尖峰，如何抑制这种电压尖峰成为业界的一大难题。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种电压尖峰抑制方法、控制单元、谐振变换器和储能设备，能够抑制谐振电压尖峰。
本发明实施方式采用的一个技术方案是：提供一种电压尖峰抑制方法，应用于谐振变换器，所述谐振变换器包括逆变单元、变压器、整流单元、第一电容、第一开关、第一电阻和第二开关，所述电压尖峰抑制方法包括：控制所述第一开关和所述第二开关断开；周期输出驱动信号至所述逆变单元，使所述第一电阻抑制所述第一电容的充电电流，其中，每一周期内的所述驱动信号的占空比对应占空比序列组中的一个占空比值，在所述占空比序列组中，各所述占空比值与预设步进值呈不同的倍数关系；当所述驱动信号的占空比达到第一预设占空比值时，控制所述第一开关和所述第二开关闭合，使所述谐振变换器为负载供电。
在一些实施例中，所述逆变单元的输入侧用于连接输入电源，所述逆变单元的输出侧连接所述变压器的原边，所述变压器的副边连接所述整流单元的输入侧，所述整流单元的输出侧通过所述第二开关连接负载，所述整流单元的输出侧的第一端连接所述第一电容的第一端，所述整流单元的输出侧的第二端分别连接所述第一开关的第一端和所述第一电阻的第一端，所述第一电容的第二端分别连接所述第一开关的第二端和所述第一电阻的第二端。
在一些实施例中，所述电压尖峰抑制方法还包括：预先设置各所述占空比值与预设步进值的倍数、以及具有同一占空比的所述驱动信号的周期个数；获取所述第一电容的充电时间；根据各所述倍数、各所述周期个数以及所述充电时间，得到所述预设步进值。
在一些实施例中，所述控制所述第一开关和所述第二开关闭合，包括：获取所述第一电容的第一端与所述第一电阻的第一端之间的第一电压；获取预设电容电压；根据所述第一电压和所述预设电容电压，确定所述第一电容是否充电完成；若是，则控制所述第一开关和所述第二开关闭合；若否，则进行报警。
在一些实施例中，所述电压尖峰抑制方法还包括：在所述谐振变换器为所述负载供电时，获取所述第一电容两端的第二电压；获取所述输入电源的输入电压；根据所述第二电压和所述输入电压，确定所述谐振变换器是否处于谐振电流波峰状态；若是，则获取所述驱动信号的实际频率和预设开关频率，并根据所述实际频率和预设开关频率、调整所述预设开关频率，或者，则在所述逆变单元的上管导通过程中，获取所述整流单元的输出电流，并根据所述输出电流、调整预设开关频率。
在一些实施例中，所述则获取所述驱动信号的实际频率和预设开关频率，并根据所述实际频率和预设开关频率、调整所述预设开关频率，包括：通过计数器或定时器获取第一计数值，并根据时钟频率和所述第一计数值、得到所述实际频率；获取预设开关频率；根据所述预设开关频率和所述实际频率，得到频率差；若所述频率差不在预设范围内，则进行报警；若所述频率差在所述预设范围内，则根据所述频率差调整所述预设开关频率。
在一些实施例中，在所述根据所述频率差调整所述预设开关频率之后，所述电压尖峰抑制方法还包括：在所述逆变单元的上管导通过程中的第一预设时刻，获取所述整流单元的输出电流；若所述输出电流满足预设条件，则校验通过；若所述输出电流不满足所述预设条件，则进行报警。
在一些实施例中，所述则在所述逆变单元的上管导通过程中，获取所述整流单元的输出电流，并根据所述输出电流、调整预设开关频率，包括：在所述逆变单元的上管导通过程中的第一预设时刻，获取所述输出电流；若所述输出电流大于第一预设值，则降低预设开关频率；若所述输出电流小于所述第一预设值，则提高所述预设开关频率。
在一些实施例中，所述电压尖峰抑制方法还包括：若所述输出电流等于所述第一预设值，则通过计数器或定时器获取第一计数值；根据时钟频率和所述第一计数值，得到所述实际频率；获取所述预设开关频率；根据所述预设开关频率和所述实际频率，确定是否校验通过。
在一些实施例中，所述谐振变换器还包括第三开关，所述第三开关连接于所述第一电容的第二端与所述第一电阻的第二端之间，所述电压尖峰抑制方法还包括：在控制所述第一开关和所述第二开关断开时，控制所述第三开关闭合。
在一些实施例中，所述电压尖峰抑制方法还包括：获取所述整流单元的输出电流或所述第一电阻的温度，并根据所述输出电流或所述温度，控制所述第三开关关断。
第二方面，本发明实施例还提供一种控制单元，该控制单元包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如第一方面任意一项所述的电压尖峰抑制方法。
第三方面，本发明实施例还提供一种谐振变换器，该谐振变换器包括逆变单元、变压器、整流单元、第一电容、第一开关、第一电阻、第二开关、以及如第二方面所述的控制单元。
在一些实施例中，所述逆变单元的输入侧用于连接输入电源，所述逆变单元的输出侧连接所述变压器的原边，所述变压器的副边连接所述整流单元的输入侧，所述整流单元的输出侧通过所述第二开关连接负载，所述整流单元的输出侧的第一端连接所述第一电容的第一端，所述整流单元的输出侧的第二端分别连接所述第一开关的第一端和所述第一电阻的第一端，所述第一电容的第二端分别连接所述第一开关的第二端和所述第一电阻的第二端，所述控制单元分别连接所述逆变单元、所述第一开关和所述第二开关。
在一些实施例中，所述谐振变换器还包括第三开关；所述第三开关连接于所述第一电容的第二端与所述第一电阻的第二端之间，所述第三开关还连接所述控制单元。
第四方面，本发明实施例还提供一种储能设备，该储能设备包括如第三方面任意一项所述的谐振变换器。
第五方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如上第一方面所述的方法。
第六方面，本发明实施例还提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，使所述计算机执行如上第一方面所述的方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施例提供一种电压尖峰抑制方法、控制单元、谐振变换器和储能设备，该方法包括：控制第一开关和第二开关断开；周期输出驱动信号至逆变单元，使第一电阻抑制第一电容的充电电流，其中，每一周期内的驱动信号的占空比对应占空比序列组中的一个占空比值，在占空比序列组中，各占空比值与预设步进值呈不同的倍数关系；当驱动信号的占空比达到第一预设占空比值时，控制第一开关和第二开关闭合，使谐振变换器为负载供电。在该电压尖峰抑制方法中，在软启动阶段将第二开关关断，且设定驱动信号的占空比按照预设步进值有规律地进行增加，使第一电阻对第一电容的充电电流进行限制，从而抑制谐振变换器的电压尖峰。
附图说明
一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/模块和步骤表示为类似的元件/模块和步骤，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是本发明实施例提供的一种谐振变换器的结构框图；
图2是本发明实施例提供的一种谐振变换器的电路结构图；
图3是本发明实施例提供的一种谐振变换器的部分电路结构图；
图4是本发明实施例提供的另一种谐振变换器的部分电路结构图；
图5是本发明实施例提供的又一种谐振变换器的部分电路结构图；
图6是本发明实施例提供的再一种谐振变换器的部分电路结构图；
图7是本发明实施例提供的第五种谐振变换器的部分电路结构图；
图8是本发明实施例提供的第六种谐振变换器的部分电路结构图；
图9是本发明实施例提供的第七种谐振变换器的部分电路结构图；
图10是本发明实施例提供的一种控制单元的结构示意图；
图11是本发明实施例提供的一种电压尖峰抑制方法的流程示意图；
图12是本发明实施例提供的一种电压尖峰抑制方法的控制逻辑示意图；
图13是本发明实施例提供的一种电压尖峰抑制方法的部分流程示意图；
图14是本发明实施例提供的图11中步骤S130的一种流程示意图；
图15是本发明实施例提供的另一种电压尖峰抑制方法的流程示意图；
图16是本发明实施例提供的图15中步骤S170的一种流程示意图；
图17是本发明实施例提供的另一种电压尖峰抑制方法的控制逻辑示意图；
图18是本发明实施例提供的一种电压尖峰抑制方法的控制逻辑框架示意图；
图19是本发明实施例提供的另一种电压尖峰抑制方法的部分流程示意图；
图20是本发明实施例提供的一种时序示意图；
图21是本发明实施例提供的图15中步骤S170的另一种流程示意图；
图22是本发明实施例提供的再一种电压尖峰抑制方法的控制逻辑示意图；
图23是本发明实施例提供的再一种电压尖峰抑制方法的控制逻辑框架示意图；
图24是本发明实施例提供的再一种电压尖峰抑制方法的部分流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施例，对本申请进行更详细的说明。除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本申请。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互结合，均在本申请的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分。此外，本文所采用的“第一”、“第二”等字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。
在谐振变换器中，开关器件需要进行高频开关动作，在主功率电路的寄生参数影响下，容易产生较高的谐振电压尖峰。
目前，常用两种技术方案进行抑制谐振电压尖峰。第一种技术方案是设置阻容网络，在这种方案下，当开关管进行断开操作时，可通过电容吸收变化的电压尖峰，当开关管进行闭合操作时，通过电阻和内阻消耗一定电容能量，如此反复交替循环，可达到尖峰抑制目的。而在这种方案下，采用热消耗原理，需要采用较大体积的电阻、电容和电路板散热面积，系统的成本较高，且系统可靠性低。
第二种技术方案是通过一定驱动控制策略，使复杂的尖峰吸收网络只吸收变化的能量，从而达到抑制谐振电压尖峰目的。而这种方案实质仍然是采用阻容网络吸收原理，其不仅存在第一种技术方案的缺陷，而且控制策略较为复杂。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种电压尖峰抑制方法、控制单元、谐振变换器和储能设备，能够降低系统成本、且系统可靠性高，而且控制策略较为简单。
第一方面，本发明实施例提供一种谐振变换器，请参阅图1，该谐振变换器100包括：逆变单元10、变压器20、整流单元30、第一电容C1、第一开关K1、第一电阻Rc、控制单元40和第二开关50。
在该谐振变换器100中，输入电源200的电压通常低于整流单元30的输出侧电压，即变压器20的原边匝数要低于副边匝数。如输入电源200可以是电池组，电池组可以包括一个电池、也可以包括串联和/或并联连接的至少两个电池；电池包括一个电芯，也可以包括串联和/或并联连接的至少两个电芯。
整流单元30用于根据控制单元40的控制信号对电流进行整流。请参阅图2，整流单元30可以采用可以包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、谐振电感Lr以及谐振电容Cr，各开关管的控制端连接控制单元40；或者，请参阅图3，可以包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、谐振电感Lr以及谐振电容Cr；或者，请参阅图4，也可以只包括第一开关管Q1和第二开关管Q2。实际应用中，整流单元30可以根据实际需要进行设置或者参照现有技术中的整流结构，在此不做限定。
逆变单元10用于根据控制单元40的控制信号进行逆变。请参阅图2，逆变单元10可以包括第五开关管Q5和第六开关管Q6；或者，请参阅图4，逆变单元10可以包括第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7、第八开关管Q8、谐振电感Lr和谐振电容Cr；或者，请参阅图5，逆变单元10可以包括第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7和第八开关管Q8。在实际应用中，逆变单元10可以根据实际需要进行设置或参照现有技术中的逆变结构，在此不做限定。
在实际应用中，逆变单元10和整流单元30的组合方式可以多样，例如，可以为图2所示的半桥逆变单元与含电感的全桥整流单元组合、图3所示的半桥逆变单元与含电感的半桥整流单元组合、图4所示的含电感的全桥逆变单元与半桥整流单元组合、图5所示的全桥逆变单元与含电感的全桥整流单元组合、图6所示的全桥逆变电路与含电感的半桥整流单元组合、图7所示的含电感的全桥逆变单元与全桥整流单元的组合，二者组合形式在此不做限定，可自由设置。
第一开关K1可以是继电器、MOS管、或者，还可以是任何可控开关，例如，可以是绝缘栅双极晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）器件、集成栅极换向晶闸管（Integrated Gate-Commutated Thyristor，IGCT）器件、栅极可关断晶闸管（Gate Turn-Off Thyristor，GTO）器件、可控硅（Silicon Controlled Rectifier，SCR）器件、结栅场效应晶体管(Junction Field-Effect Transistor，JFET)器件、MOS控制晶闸管(MosControlled GTO，MCT)器件、氮化镓(GaN)基功率器件、碳化硅(SiC)基功率器件等，具体可根据实际需要进行设置。
第二开关50可以是继电器、MOS管、或者，还可以是任何可控开关，例如，可以是绝缘栅双极晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）器件、集成栅极换向晶闸管（Integrated Gate-Commutated Thyristor，IGCT）器件、栅极可关断晶闸管（Gate Turn-Off Thyristor，GTO）器件、可控硅（Silicon Controlled Rectifier，SCR）器件、结栅场效应晶体管(Junction Field-Effect Transistor，JFET)器件、MOS控制晶闸管(MosControlled GTO，MCT)器件、氮化镓(GaN)基功率器件、碳化硅(SiC)基功率器件等，其还可以是如图8所示的全桥转换电路，具体可根据实际需要进行设置。
控制单元40可采用STM8、STM16或STM32系列的微控制器、或者是其他一切合适的可用于接收、处理、存储和输出数据的微控制处理器。该控制单元40用于执行本发明提供的任意一项实施例所述的电压尖峰抑制方法，具体请参见下面的描述。在该谐振变换器中，在软启动阶段控制单元40将第二开关50关断，且设定驱动信号的占空比按照预设步进值d有规律地进行增加，通过第一电阻Rc对第一电容C1的充电电流进行限制，能实现谐振变换器在软启动阶段的电压尖峰抑制。
在其中一些实施例中，请继续参阅图1，逆变单元10的输入侧用于连接输入电源200，逆变单元10的输出侧连接变压器20的原边，变压器20的副边连接整流单元30的输入侧，整流单元30的输出侧通过第二开关50连接负载300，整流单元30的输出侧的第一端连接第一电容C1的第一端，整流单元30的输出侧的第二端分别连接第一开关K1的第一端和第一电阻Rc的第一端，第一电容C1的第二端分别连接第一开关K1的第二端和第一电阻Rc的第二端，控制单元40分别连接逆变单元10、第一开关K1和第二开关50。
在其中一些实施例中，请参阅图2，该谐振变换器还包括第二电容C2，第二电容C2连接于输入电源200的两端，用于对输入电源200进行滤波，提高电路的工作可靠性。
在其中一些实施例中，请继续参阅图2，该谐振变换器还包括第一电压采样单元61、第二电压采样单元62，其中，第一电压采样单元61的第一端连接输入电源200的第一端，第一电压采样单元61的第二端连接控制单元40，第二电压采样单元62的第一端连接整流单元30的输出侧的第一端，第二电压采样单元62的第二端连接控制单元40，第一电压采样单元61用于采集输入电源200的输入电压，并将所述输入电压输送至控制单元40，第二电压采样单元62用于采集整流单元30的输出侧电压，并将输出侧电压输送至控制单元40。实际应用中，第一电压采样单元61和第二电压采样单元62的具体电路结构可参照现有技术进行设置，在此不做限定。
在其中一些实施例中，请继续参阅图2，该谐振变换器还包括第一电流采样单元63、第二电流采样单元64，其中，第一电流采样单元63的第一端连接输入电源200的第二端，第一电流采样单元63的第二端连接控制单元40，第二电流采样单元64的第一端连接整流单元30的输出侧的第二端，第二电流采样单元64的第二端连接控制单元40，第一电流采样单元63用于采集输入电源200的输入电流，并将所述输入电流输送至控制单元40，第二电流采样单元64用于采集整流单元30的输出侧电流，并将输出侧电流输送至控制单元40。实际应用中，第一电流采样单元63和第二电流采样单元64的具体电路结构可参照现有技术进行设置，在此不做限定。
在其中一些实施例中，该谐振变换器还包括温度采集单元，该温度采集单元贴近于第一电阻设置，且连接控制单元。该温度采集单元用于对第一电阻的温度进行采集，并将第一电阻的温度传至控制单元。实际应用中，温度采集单元可以采用温度传感器、或现有技术中一切合适的温度采集电路，在此不做限定。
在其中一些实施例中，请参阅图9，谐振变换器还包括第三开关K3。第三开关K3连接于第一电容C1的第二端与第一电阻Rc的第二端之间，第三开关K3还连接控制单元。
本发明实施例提供一种控制单元的具体结构，请参阅图10，所述控制单元40包括：至少一个处理器401，以及，与所述至少一个处理器401通信连接的存储器402，其中，所述存储器402存储有可被所述至少一个处理器401执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器401执行，以使所述至少一个处理器401能够执行下述任意一项实施例所述的电压尖峰抑制方法。
图10中以一个处理器401为例。处理器401和存储器402可以通过总线或者其他方式连接，图10中以通过总线连接为例。
存储器402作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块。处理器401通过运行存储在存储器402中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行控制单元的各种功能应用以及数据处理，即实现下述任一方法实施例中的电压尖峰抑制方法。
存储器402可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据控制单元的使用所创建的数据等。此外，存储器402可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器402可选包括相对于处理器401远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
下面结合附图详细描述本发明实施例提供的一种电压尖峰抑制方法，其中，所述方法可由图1中的控制单元执行，请结合参阅图11和图12，所述方法包括：
步骤S110：控制所述第一开关和所述第二开关断开；
为了避免电压尖峰损坏负载，请参阅图1，此时应当将第二开关K2断开，使输入电源200与负载300之间的连接断开。同时，应当将第一开关K1断开，使第一电阻Rc接入到工作电路中。应注意的是，此时应当使逆变单元的驱动信号的占空比为0或者不输出驱动信号至逆变单元。
步骤S120：周期输出驱动信号至所述逆变单元，使所述第一电阻抑制所述第一电容的充电电流，其中，每一周期内的所述驱动信号的占空比对应占空比序列组中的一个占空比值，在所述占空比序列组中，各所述占空比值与预设步进值呈不同的倍数关系；
具体的，控制单元40可让驱动信号的占空比Dt由0开始，并逐渐增加预设步进值d对逆变单元10进行周期控制，从而能让输入电源200通过逆变单元10、变压器20、整流单元30和第一电阻Rc对第一电容C1进行充电，由于第一电容C1的充电回路中包括第一电阻Rc，第一电阻Rc能有效限制第一电容的充电电流，从而可使该谐振变换器抑制谐振电压尖峰。
步骤S130：当所述驱动信号的占空比达到第一预设占空比值时，控制所述第一开关和所述第二开关闭合，使所述谐振变换器为负载供电。
具体的，第一预设占空比值Dmax为谐振变换器正常工作时的占空比，如可以为100%。这样，当驱动信号的占空比未达到第一预设占空比值Dmax时，则继续执行步骤S120；当驱动信号的占空比达到第一预设占空比值Dmax时，则表明此时谐振变换器软启动完成，此时可控制第一开关K1和第二开关50闭合，使第一电阻Rc短接，且建立输入电源200与负载300之间的连接，使谐振变换器为负载300供电。
在该谐振变换器中，在软启动阶段将第二开关50关断，且设定驱动信号的占空比按照预设步进值d有规律地进行增加，通过第一电阻Rc对第一电容C1的充电电流进行限制，能实现谐振变换器在软启动阶段的电压尖峰抑制。
在其中一些实施例中，请结合参阅图13，所述电压尖峰抑制方法还包括：
步骤S210：预先设置各所述占空比值与预设步进值的倍数、以及具有同一占空比的所述驱动信号的周期个数；
具体的，各倍数分别为m1、m2、m3、……、mi、……、mn，其可以自由设置，各周期个数分别为n1、n2、n3、……、ni、……、nn，其也可以自由设置。
例如，m1=1、m2=2、m3=3……、mi=i、……、mn=y；n1=n2=n3=……=ni=……=nn=1，此时表示在占空比序列组中，各占空比值分别为d，2d，3d，……，i*d，……，y*d；占空比为d的驱动信号的周期个数、占空比为2d的驱动信号的周期个数、……占空比为y*d的驱动信号的周期个数均为1个周期。那么，在第一个周期中，驱动信号的占空比可以为d，第二个周期中，驱动信号的占空比为2d，第三个周期中，驱动信号的占空比为3d，第i个周期中，驱动信号的占空比为i*d。
步骤S220：获取所述第一电容的充电时间；
首先，可根据电容达到稳态时的充电时间特性，得到第一电容的第一充电时间T1=4*R*C，其中，R=（R1 2+X2）1/2，X=ω*L-1/（ω*C），R1为第一电阻Rc的阻值，ω为正弦信号的角频率，L为谐振电感Lr的电感值，C为谐振电容Cr的容值。
另外，由于第一电容C1的充电时间与逆变单元10中的开关管的漏源电压具有反比例关系，那么，在得到逆变单元10中的开关管的漏源电压、以及二者的反比关系后，可以得到第一电容C1的第二充电时间。
接着，第一电容C1的充电时间可以确定为第一充电时间或者是第二充电时间。为了提高谐振变换器抑制电压尖峰的效果，通过可取第一充电时间或者是第二充电时间中的最大值作为充电时间。
步骤S230：根据各所述倍数、各所述周期个数以及所述充电时间，得到所述预设步进值。
具体的，预设步进值d、第一电容的充电时间Tc、驱动信号的预设周期T、各倍数、各周期个数具有如下关系：
n1*m1*Ds*T+n2*m2*Ds*T+n3*m3*Ds*T+……+nn*mn*Ds*T=Tc；
那么，当m1=1、m2=2、m3=3……、mi=i、……、mn=y、n1=n2=n3=……=ni=……=nn=1时，上式变成如下关系：y*（y+1）*d*T/2=Tc，那么，d=Tc*2/(n*T*（n+1）)。
通过上述设置，可以实现对预设步进值进行精确计算，能让第一电容C1的电压稳定可控的爬升，且通过占空比离散化控制策略，达到软启动时间、第一电容充电时间、预设步进值和抑制电压尖峰较佳的平衡，不仅能抑制电压尖峰，还能提高谐振变换器的工作稳定性。
在其中一些实施例中，请结合参阅图12和图14，所述步骤S130包括：
步骤S131：获取所述第一电容的第一端与所述第一电阻的第一端之间的第一电压；
步骤S132：获取预设电容电压；
步骤S133：根据所述第一电压和所述预设电容电压，确定所述第一电容是否充电完成；
步骤S134：若是，则控制所述第一开关和所述第二开关闭合；
步骤S135：若否，则进行报警。
具体的，预设电容电压可以为N*Vbat，其中，N为变压器的原边匝数与副边匝数之比，Vbat为输入电源的输入电压。可先通过第二电压采样单元62获取第一电容C1的第一端与第一电阻Rc的第一端之间的第一电压V1，可以通过第一电压采样单元61获取输入电源的电压Vbat。当输入电源为电池组时，该输入电压Vbat为电池组两端的电压。实际应用中，预设电容电压可根据实际需要进行设置，在此不做限定。
在谐振变换器完成软启动的时候，理论上，第一电压V1和输入电压Vbat具有以下关系：V1=NVbat；那么，在得到第一电压V1和输入电压Vbat之后，可以通过判断二者是否满足上述关系，来确定第一电容是否充电完成。
具体的，若V1=NVbat，则表明第一电容充电完成，谐振变换器软启动正常，可控制第一开关K1和第二开关50闭合，使谐振变换器为负载供电。并且此时，第一开关K1只需要承受第一电容C1的纹波电流，因而可以选取较小电路规格的开关器件，降低了第一开关K1选型的成本。
若V1＞NVbat、或者V1＜NVbat，则表明谐振变换器中器件不正常，如表明已出现器件不良或器件损坏等问题，此时可进行报警。
在此实施例中，通过在软启动完成之后，还通过第一电压和预设电容电压，对第一电容的充电过程进行校验，提高了谐振变换器工作的可靠性。
在其中一些实施例中，请参阅图15，所述电压尖峰抑制方法还包括：
步骤S140：在所述谐振变换器为所述负载供电时，获取所述第一电容两端的第二电压；
具体的，在第一开关K1闭合后，控制单元40可通过第二电压采样单元62获取第一电容C1两端的第二电压V2。
步骤S150：获取所述输入电源的输入电压；
具体的，可以通过第一电压采样单元61获取输入电源的输入电压Vbat。当输入电源为电池组时，该输入电压Vbat为电池组两端的电压。
步骤S160：根据所述第二电压和所述输入电压，确定所述谐振变换器是否处于谐振电流波峰状态；
可以理解的是，当谐振变换器处于谐振电流波峰状态时，第二电压V2与输入电压Vbat具有如下关系：V2=N*Vbat，其中，N为变压器的原边匝数与副边匝数之比。那么，可根据第二电压V2与输入电压Vbat来确定谐振变换器是否处于谐振电流波峰状态。
步骤S170：若是，则获取所述驱动信号的实际频率和预设开关频率，并根据所述实际频率和预设开关频率、调整所述预设开关频率，或者，则在所述逆变单元的上管导通过程中，获取所述整流单元的输出电流，并根据所述输出电流、调整预设开关频率。
当V2=N*Vbat时，可获取驱动信号的实际频率和预设开关频率，通过比较实际频率和预设开关频率，确定是否存在频率参数偏移、以及偏移量，从而确定是否需要对预设开关频率进行调整。或者，在所述逆变单元的上管导通过程中，获取整流单元的输出电流，通过输出电流的大小，来确定是否存在频率参数偏移，从而确定是否需要对预设开关频率进行调整。
通过上述两种方式，可以在谐振变换器完成软启动之后，使谐振变换器进入稳态谐振电压尖峰控制，通过确定是否需要对预设开关频率进行调整，使谐振变换器的开关频率自适应频率偏移，达到稳态简短抑制关断电压尖峰的目的。
在其中一些实施例中，请参阅图16，所述则获取所述驱动信号的实际频率和预设开关频率，并根据所述实际频率和预设开关频率、调整所述预设开关频率，包括：
步骤S171：通过计数器或定时器获取第一计数值，并根据时钟频率和所述第一计数值、得到所述实际频率；
步骤S172：获取预设开关频率；
步骤S173：根据所述预设开关频率和所述实际频率，得到频率差；
步骤S174：若所述频率差不在预设范围内，则进行报警；
步骤S175：若所述频率差在所述预设范围内，则根据所述频率差调整所述预设开关频率。
在控制单元包括驱动信号控制器，如当驱动信号为PWM时，该驱动信号控制器为PWM控制器，其可采用双边沿调制生成PWM脉冲波形、或采用单边沿调制生成PWM脉冲波形，在其内部通常设置计数器或定时器，控制单元可通过控制计数器或定时器来控制PWM的频率。其具体控制方式可参照现有计数，在此不做限定。其中，时钟频率为控制单元的主频。
具体的，请结合参阅图17和图18，在通过第二电压V2和输入电压Vbat确定当前时刻处于谐振电流波峰状态时，如当V2=N*Vbat时，控制单元通过计数器或定时器获取当前计数值，即第一计数值P1；另外，控制单元还通过计数器或定时器、获取当前驱动周期的驱动信号开始时对应的第二计数值P2。接着，控制单元根据时钟频率fsys、第一计数值P1和第二计数值P2，可计算得到驱动信号的实际频率fr=fsys/(P1-P2)。
然后，获取谐振变换器的预设开关频率fs，具体的，预设开关频率fs=1/(2p*(L*C)1/2)。再然后，得到二者频率差为Δf=fs-k1*fr，k1为第一系数，0＜k1≤1，优选的，k1可取0.9。
若Δf≥fmax，或者Δf≤fmin，fmax=1.15fs,fmin=0.85fs，则证明谐振参数偏移范围不合理，需要进行报警；若fmin＜Δf＜fmax，则证明谐振参数偏移范围合理，可对预设开关频率进行调整，使其自适应谐振参数偏移，后续可根据更新后的预设开关频率来计算占空比值，使频率自适应前后占空比与频率保持一致。可以理解的是，谐振参数偏移主要由谐振电容、谐振电感、MOS管寄生电容、变压器漏感的温飘特性、精度特性有关。实际应用中，预设范围可根据实际需要进行设置，在此不做限定。
在其中一些实施例中，在所述根据所述频率差调整所述驱动信号的预设开关频率之后，请参阅图19，所述则在所述逆变单元的上管导通过程中，获取所述整流单元的输出电流，并根据所述输出电流、调整预设开关频率：
步骤S176：在所述逆变单元的上管导通过程中的第一预设时刻，获取所述整流单元的输出电流；
步骤S177：若所述输出电流满足预设条件，则校验通过；
步骤S178：若所述输出电流不满足所述预设条件，则进行报警。
其中，对于图2，逆变单元10的上管可以是第五开关管Q5，具体的，请参阅图20，在第五开关管Q5临近关断时刻PRDA的第一预设时刻时，通过第二电流采集单元64获取整流单元30的输出电流。该第一预设时刻等于（PRDA-tz）,其中，tz的值越小越好，这样，能在临近逆变单元上管的关断时刻进行采集输出电流I2，若输出电流I2等于0，则表明谐振参数偏移校验通过，若输出电流I2不等于0，则表明谐振参数偏移存在错误，校验失败，可进行报警。
可见，通过上述方式，可在调整频率后，可对上述频率调整过程进行校验，从而提高谐振变换器自适应工作的可靠性。
实际应用中，可以通过第一电流采集单元获取输入电流，根据变压器折算关系、以及叠加励磁电流可得到输出电流。相比于通过输入电流得到输出电流的方式，直接通过第二电流采集单元获取输出电流的方式可靠性和准确性更高。
在其中一些实施例中，请参阅图21，所述则在所述逆变单元的上管导通过程中，获取所述整流单元的输出电流，并根据所述输出电流、调整预设开关频率，包括：
步骤S181：在所述逆变单元的上管导通过程中的第一预设时刻，获取所述输出电流；
步骤S182：若所述输出电流大于第一预设值，则降低预设开关频率；
步骤S183：若所述输出电流小于所述第一预设值，则提高所述预设开关频率。
具体的，第一预设值可以为0。请结合参阅图22和图23，在逆变单元上管导通过程中的第一预设时刻，如在（PRDA-tz）时刻，通过第二电流采样单元64获取输出电流I2。若输出电流大于0，则降低预设开关频率，如可按照第二预设值对预设开关频率进行降低，其中第二预设值越大调整速度越快，但容易引发震荡，第二预设值越小调整速度越慢，但调整精度更高，较佳的情况，第二预设值选择为预设开关频率的千分之一，若输出电流小于0，则提高预设开关频率，如可按照第二预设值对预设开关频率进行提高。通过上述方式，最终可将预设开关频率调整到使采样电流为0之处，即表明此时预设开关频率和实际频率已经非常接近，频率偏移量较小。
可见，通过上述方式，可使谐振变换器进入稳态谐振电压尖峰控制，避免因谐振参数偏移而产生电压尖峰，且能够使谐振变换器的开关特性自适应谐振频率，达到抑制关断电压尖峰的目的。
在其中一些实施例中，请参阅图24，所述电压尖峰抑制方法还包括：
步骤S184：若所述输出电流等于所述第一预设值，则通过计数器或定时器获取第一计数值；
步骤S185：根据时钟频率和所述第一计数值，得到所述实际频率；
步骤S186：获取所述预设开关频率；
步骤S187：根据所述预设开关频率和所述实际频率，确定是否校验通过；
具体的，若输出电流等于0时，则控制单元通过计数器或定时器获取当前计数值，即第一计数值P1；另外，控制单元还通过计数器或定时器、获取当前驱动周期的驱动信号开始时对应的第二计数值P2。接着，控制单元根据时钟频率fsys、第一计数值P1和第二计数值P2，可计算得到驱动信号的实际频率fr=fsys/(P1-P2)。
然后，获取谐振变换器的预设开关频率fs，再然后，得到二者频率差为Δf=k1*fr-fs,k1为第一系数，0＜k1≤1，优选的，k1可取0.9。若Δf＞fmax，或者Δf＜fmin，fmax=1.15fs,fmin=0.85fs，则证明谐振参数偏移范围不合理，需要进行报警，若fmin＜Δf＜fmax，则证明谐振参数偏移范围合理，校验通过。后续可根据频率差对预设开关频率进行调整，使其自适应谐振参数偏移，从而计算占空比值，使频率自适应前后占空比保持一致。当然，由于此时实际频率和预设开关频率已非常接近，也可以不对预设开关频率进行调整。
可见，通过上述方式，可对上述频率调整过程进行校验，提高谐振变换器自适应工作的可靠性。
在其中一些实施例中，控制单元还用于：在控制第一开关和第二开关断开时，控制第三开关闭合。这样，在图9所示的实施例中，在控制第一开关和第二开关断开时，可控制第三开关闭合，使第一电阻接入工作回路中。
在其中一些实施例中，控制单元还用于：获取所述整流单元的输出电流或所述第一电阻的温度，并根据所述输出电流或所述温度，控制所述第三开关关断。具体的，在图9所示的实施例中，当第一电阻接入工作回路后，控制单元可通过第二电流采集单元获取整流单元的输出电流，并在输出电流大于或等于安全电流值时，控制第三开关关断，或者，控制单元通过温度采集单元获取第一电阻的温度，并在温度大于或等于安全温度时，控制第三开关关断。通过上述方式，可在非正常工作情况下，控制第三开关关断，从而防止电阻损坏，提高谐振变换器工作的安全性和稳定性。
第二方面，本发明实施例提供一种储能设备，该储能设备包括如第一方面任意一项所述的谐振变换器。该谐振变换器具有如第一方面任意一项实施例所述的谐振变换器相同的结构和功能，在此不再赘述。
本发明实施例还提供了一种非易失性计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个处理器执行，例如，执行以上描述的方法步骤。
本发明实施例还提供了一种计算机程序产品，包括存储在非易失性计算机可读存储介质上的计算程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时时，使所述计算机执行上述任意方法实施例中的电压尖峰抑制方法，例如，执行以上描述的的方法步骤。
需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用至少一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (16)

1.一种电压尖峰抑制方法，其特征在于，应用于谐振变换器，所述谐振变换器包括逆变单元、变压器、整流单元、第一电容、第一开关、第一电阻和第二开关，所述逆变单元的输入侧用于连接输入电源，所述电压尖峰抑制方法包括：
控制所述第一开关和所述第二开关断开；
周期输出驱动信号至所述逆变单元，使所述第一电阻抑制所述第一电容的充电电流，其中，每一周期内的所述驱动信号的占空比对应占空比序列组中的一个占空比值，在所述占空比序列组中，各所述占空比值与预设步进值呈不同的倍数关系；
当所述驱动信号的占空比达到第一预设占空比值时，控制所述第一开关和所述第二开关闭合，使所述谐振变换器为负载供电；
在所述谐振变换器为所述负载供电时，获取所述第一电容两端的第二电压；
获取所述输入电源的输入电压；
根据所述第二电压和所述输入电压，确定所述谐振变换器是否处于谐振电流波峰状态；
若是，则获取所述驱动信号的实际频率和预设开关频率，并根据所述实际频率和预设开关频率、调整所述预设开关频率，或者，则在所述逆变单元的上管导通过程中，获取所述整流单元的输出电流，并根据所述输出电流、调整预设开关频率。
2.根据权利要求1所述的电压尖峰抑制方法，其特征在于，所述逆变单元的输出侧连接所述变压器的原边，所述变压器的副边连接所述整流单元的输入侧，所述整流单元的输出侧通过所述第二开关连接负载，所述整流单元的输出侧的第一端连接所述第一电容的第一端，所述整流单元的输出侧的第二端分别连接所述第一开关的第一端和所述第一电阻的第一端，所述第一电容的第二端分别连接所述第一开关的第二端和所述第一电阻的第二端。
3.根据权利要求2所述的电压尖峰抑制方法，其特征在于，所述电压尖峰抑制方法还包括：
预先设置各所述占空比值与预设步进值的倍数、以及具有同一占空比的所述驱动信号的周期个数；
获取所述第一电容的充电时间；
根据各所述倍数、各所述周期个数以及所述充电时间，得到所述预设步进值。
4.根据权利要求3所述的电压尖峰抑制方法，其特征在于，所述控制所述第一开关和所述第二开关闭合，包括：
获取所述第一电容的第一端与所述第一电阻的第一端之间的第一电压；
获取预设电容电压；
根据所述第一电压和所述预设电容电压，确定所述第一电容是否充电完成；
若是，则控制所述第一开关和所述第二开关闭合；
若否，则进行报警。
5.根据权利要求1所述的电压尖峰抑制方法，其特征在于，所述则获取所述驱动信号的实际频率和预设开关频率，并根据所述实际频率和预设开关频率、调整所述预设开关频率，包括：
通过计数器或定时器获取第一计数值，并根据时钟频率和所述第一计数值、得到所述实际频率；
获取预设开关频率；
根据所述预设开关频率和所述实际频率，得到频率差；
若所述频率差不在预设范围内，则进行报警；
若所述频率差在所述预设范围内，则根据所述频率差调整所述预设开关频率。
6.根据权利要求5所述的电压尖峰抑制方法，其特征在于，在所述根据所述频率差调整所述预设开关频率之后，所述电压尖峰抑制方法还包括：
在所述逆变单元的上管导通过程中的第一预设时刻，获取所述整流单元的输出电流；
若所述输出电流满足预设条件，则校验通过；
若所述输出电流不满足所述预设条件，则进行报警。
7.根据权利要求1所述的电压尖峰抑制方法，其特征在于，所述则在所述逆变单元的上管导通过程中，获取所述整流单元的输出电流，并根据所述输出电流、调整预设开关频率，包括：
在所述逆变单元的上管导通过程中的第一预设时刻，获取所述输出电流；
若所述输出电流大于第一预设值，则降低预设开关频率；
若所述输出电流小于所述第一预设值，则提高所述预设开关频率。
8.根据权利要求7所述的电压尖峰抑制方法，其特征在于，所述电压尖峰抑制方法还包括：
若所述输出电流等于所述第一预设值，则通过计数器或定时器获取第一计数值；
根据时钟频率和所述第一计数值，得到所述实际频率；
获取所述预设开关频率；
根据所述预设开关频率和所述实际频率，确定是否校验通过。
9.根据权利要求1所述的电压尖峰抑制方法，其特征在于，所述谐振变换器还包括第三开关，所述第三开关连接于所述第一电容的第二端与所述第一电阻的第二端之间，所述电压尖峰抑制方法还包括：
在控制所述第一开关和所述第二开关断开时，控制所述第三开关闭合。
10.根据权利要求9所述的电压尖峰抑制方法，其特征在于，所述电压尖峰抑制方法还包括：
获取所述整流单元的输出电流或所述第一电阻的温度，并根据所述输出电流或所述温度，控制所述第三开关关断。
11.一种控制单元，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1-10任意一项所述的电压尖峰抑制方法。
12.一种谐振变换器，其特征在于，包括逆变单元、变压器、整流单元、第一电容、第一开关、第一电阻、第二开关、以及如权利要求11所述的控制单元。
13.根据权利要求12所述的谐振变换器，其特征在于，所述逆变单元的输入侧用于连接输入电源，所述逆变单元的输出侧连接所述变压器的原边，所述变压器的副边连接所述整流单元的输入侧，所述整流单元的输出侧通过所述第二开关连接负载，所述整流单元的输出侧的第一端连接所述第一电容的第一端，所述整流单元的输出侧的第二端分别连接所述第一开关的第一端和所述第一电阻的第一端，所述第一电容的第二端分别连接所述第一开关的第二端和所述第一电阻的第二端，所述控制单元分别连接所述逆变单元、所述第一开关和所述第二开关。
14.根据权利要求13所述的谐振变换器，其特征在于，所述谐振变换器还包括第三开关；
所述第三开关连接于所述第一电容的第二端与所述第一电阻的第二端之间，所述第三开关还连接所述控制单元。
15.一种储能设备，其特征在于，包括如权利要求12-14任意一项所述的谐振变换器。
16.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如权利要求1-10任意一项所述的电压尖峰抑制方法。
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