CN115882734B - 一种dab变换器的控制方法及相关组件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种DAB变换器的控制方法，涉及电力领域，应用于DAB变换器的超前全桥和/或滞后全桥，在一组工作开关关断后，谐振电感的续流会使另一组工作开关的两端的电压降低到接近于0时再控制另一组工作开关的导通，从而有效地实现了开关的软开通，降低损耗，提高效率，在不同负载或者不同电路参数的情况下可以确定不同的死区时间，通过电感电流与死区时间之间的负线性相关的关系确定变换器的精准延迟时间，可以在DAB变换器的工作过程中，特别是轻载情况下，最大化的拓宽软开关的范围，从而降低整机损耗，提高整机效率。本发明还公开了一种DAB变换器的控制方法的相关组件，具有与上述DAB变换器的控制方法相同的有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及电力领域，特别是涉及一种DAB变换器的控制方法。本发明还涉及一种DAB变换器的控制方法的相关组件。
背景技术
随着DC-DC变换器（Direct current-Direct current converter）的快速发展，DC-DC变换器特别是双向DC-DC变换器广泛应用在多个领域，双向DC-DC变换器可以实现功率的双向流动，可以被广泛应用于车载OBC（On Board Charger，车载充电机）、充电桩以及储能等相关领域，伴随着国家分布式电网建设的不断推进，双向DC-DC变换器在分布式电网领域的应用也越来越广泛。在变换器的应用过程中，如何降低工作过程中的开关损耗也是非常重要的一个方面，采用软开关技术可有效降低器件的开关损耗。因此目前高功率密度的产品多采用可实现软开关的电路拓扑，特别是DAB拓扑的隔离双向DC-DC变换器(Dual-Active-Bridge Isolated Bidirectional DC–DC Converter)就是其中之一。DAB拓扑的隔离双向DC-DC变换器因控制简单、易于实现开关管的软开关而被广泛应用于双向隔离DC-DC领域，下文简称为DAB变换器。
对于DAB变换器而言，现有技术中对于软开关的实现是通过设置固定的死区时间实现的，请参照图1，图1为现有技术中的一种DAB变换器的结构示意图；DAB变换器中存在超前全桥和滞后全桥，超前全桥作为输入侧，滞后全桥作为输出侧，超前全桥和滞后全桥均存在两个桥臂，每个桥臂上均设置两个开关，以图1为例，当该DAB变换器处于正向运行的工作状态时，Ui作为输入电源，Q1和Q2组成了超前全桥的一个桥臂，Q3和Q4组成了超前全桥的另一个桥臂，Q5和Q6组成了滞后全桥的一个桥臂，Q7和Q8组成了滞后全桥的另一个桥臂；在DAB变换器的工作过程中，Q1和Q3作为一组工作开关，驱动信号相同，会同时导通和关断，Q2和Q4作为另一组工作开关，驱动信号相同；驱动信号在控制一组工作开关关断且经过了固定的死区时间后会再控制另一组工作开关导通，在一组工作开关关断后的死区时间内，变换器内部的谐振电感通过两组工作开关的寄生电容和寄生二极管实现续流，谐振电感的续流会使另一组工作开关的两端的电压降低到接近0，从而实现另一组工作开关的软导通过程；在后续的切换开关的操作时重复固定的死区时间的延时过程，以实现后续转换过程中开关的软导通；但是在实际应用中，由于负载的情况不同或者内部电路参数的不同，开关的两端电压降低到接近0所需的时间也不完全相同，但是这种设置固定的死区时间的方式的延时时间是固定的，无法满足DAB变换器在不同工作状态下的开关的软导通；例如，当DAB变换器的电路工作在轻载情况下时，内部电路的工作电流较小，开关的两端电压降低到接近0所需的时间较长，固定的死区时间结束后另一组工作开关的两端电压还没有完成降低到接近0的过程，此时驱动已经控制另一组工作开关导通，无法完全实现另一组工作开关的软开通，导致损耗增加，效率降低；而直接加大死区时间又有可能导致当开关的两端电压降低到接近0所需的时间较短时，驱动信号不能及时给出导通的控制信号，从而错过了实现软开通的时间。
发明内容
本发明的目的是提供一种DAB变换器的控制方法及相关组件，应用于DAB变换器的超前全桥和/或滞后全桥，通过谐振电感的电感电流来确定死区时间，在不同负载或者不同电路参数的情况下可以确定不同的死区时间，根据变换器的实际的工作情况确定对应的死区时间，从而有效地实现了开关的软开通过程，降低电路损耗，提高效率，通过电感电流与死区时间之间的负线性相关的关系确定变换器的精准延迟时间，可以在DAB变换器的工作过程中，特别是轻载情况下，最大化的拓宽软开关的范围，从而降低整机损耗，提高整机效率。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种DAB变换器的控制方法，应用于所述DAB变换器的超前全桥和/或滞后全桥，所述超前全桥和所述滞后全桥均包括两组工作开关，对于任一全桥，该方法包括：
在一组工作开关导通时，确定流经所述DAB变换器的谐振电感的电感电流；
基于所述电感电流确定死区时间，所述死区时间与所述电感电流成负线性相关；
在导通的所述一组工作开关关断后，经过所述死区时间控制另一组工作开关导通。
优选地，确定流经所述DAB变换器的谐振电感的电感电流，包括：
基于电流采样电路获取所述DAB变换器的输入电流，将所述输入电流作为所述DAB变换器的谐振电感的电感电流。
优选地，控制另一组工作开关导通，包括：
通过光耦驱动电路输出高电平信号以控制另一组工作开关导通。
优选地，基于所述电感电流确定死区时间，所述死区时间与所述电感电流成负线性相关，包括：
基于所述电感电流确定死区时间，所述死区时间与所述电感电流成反比例关系。
优选地，当所述DAB变换器处于正向运行的工作状态时，所述超前全桥的一组工作开关包括第一开关和第三开关，所述超前全桥的另一组工作开关包括第二开关和第四开关；
基于所述电感电流确定死区时间，包括：
基于预设电感电流-死区时间的关系式和所述电感电流得到所述死区时间；
其中，所述预设电感电流-死区时间的关系式为：
其中，Ui为所述DAB变换器处于正向运行时的输入电压，C1S为所述第一开关的寄生电容的电容值，C2S为所述第二开关的寄生电容的电容值，C3S为所述第三开关的寄生电容的电容值，C4S为所述第四开关的寄生电容的电容值，iLr为所述电感电流，td为所述死区时间。
优选地，当所述DAB变换器处于反向运行的工作状态时，所述超前全桥的一组工作开关包括第五开关和第七开关，所述超前全桥的另一组工作开关包括第六开关和第八开关；
基于所述电感电流确定死区时间，包括：
基于预设电感电流-死区时间的关系式和所述电感电流得到所述死区时间；
其中，所述预设电感电流-死区时间的关系式为：
其中，Uo为所述DAB变换器处于反向运行时的输入电压，C5S为所述第五开关的寄生电容的电容值，C6S为所述第六开关的寄生电容的电容值，C7S为所述第七开关的寄生电容的电容值，C8S为所述第八开关的寄生电容的电容值，iLr为所述电感电流，N为所述DAB变换器的变压器的匝数，td为所述死区时间。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种控制芯片，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述所述的DAB变换器的控制方法的步骤。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种DAB变换器，包括驱动模块和如上述所述的控制芯片；所述控制芯片与所述驱动模块连接，所述驱动模块分别与所述超前全桥和/或所述滞后全桥的两组工作开关的控制端连接。
优选地，所述驱动模块为光耦驱动电路。
为解决上述技术问题，本发明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上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述所述的DAB变换器的控制方法的步骤。
本发明提供了一种DAB变换器的控制方法，应用于DAB变换器的超前全桥和/或滞后全桥，超前全桥和滞后全桥均包括两组工作开关，对于任一全桥，在一组工作开关导通时，确定流经谐振电感的电感电流，再通过电感电流与死区时间之间的负线性相关的关系确定死区时间，后续根据得到的死区时间来控制另一组工作开关的导通过程，确保在一组工作开关关断后，谐振电感的续流会使另一组工作开关的两端的电压降低到接近于0，此时再控制另一组工作开关的导通，可以确保实现对于另一组工作开关的软开通过程，降低电路损耗，提高效率，通过谐振电感的电感电流来确定死区时间，在不同负载或者不同电路参数的情况下可以确定不同的死区时间，当电感电流较小时，死区时间相对更长，电感电流较大时，死区时间相对更短，可以实现根据变换器的实际的工作情况确定对应的死区时间，从而有效地实现了开关的软开通过程，通过电感电流与死区时间之间的负线性相关的关系确定变换器的精准延迟时间，可以在DAB变换器的工作过程中，特别是轻载情况下，最大化的拓宽软开关的范围，从而降低整机损耗，提高整机效率。
本发明还提供了一种控制芯片，DAB变换器和计算机可读存储介质，具有与上述DAB变换器的控制方法相同的有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的一种DAB变换器的结构示意图；
图2为本发明提供的一种DAB变换器的控制方法的流程示意图；
图3为现有技术中的一种DAB变换器的控制时序图；
图4为本发明提供的一种DAB变换器的控制方法的控制时序图；
图5为本发明提供的一种DAB变换器在第一工作阶段的状态示意图；
图6为本发明提供的一种DAB变换器在第二工作阶段的状态示意图；
图7为本发明提供的一种DAB变换器在第二工作阶段的简化电路示意图；
图8为本发明提供的一种DAB变换器在第三工作阶段的状态示意图；
图9为本发明提供的一种DAB变换器在第四工作阶段的状态示意图；
图10为本发明提供的一种DAB变换器在第五工作阶段的状态示意图；
图11为本发明提供的一种控制芯片的结构示意图；
图12为本发明提供的一种DAB变换器的结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种DAB变换器的控制方法及相关组件，应用于DAB变换器的超前全桥和/或滞后全桥，通过谐振电感的电感电流来确定死区时间，在不同负载或者不同电路参数的情况下可以确定不同的死区时间，根据变换器的实际的工作情况确定对应的死区时间，从而有效地实现了开关的软开通过程，降低电路损耗，提高效率，通过电感电流与死区时间之间的负线性相关的关系确定变换器的精准延迟时间，可以在DAB变换器的工作过程中，特别是轻载情况下，最大化的拓宽软开关的范围，从而降低整机损耗，提高整机效率。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参照图2，图2为本发明提供的一种DAB变换器的控制方法的流程示意图；
为解决上述技术问题，本发明提供了一种DAB变换器的控制方法，应用于DAB变换器的超前全桥和/或滞后全桥，超前全桥和滞后全桥均包括两组工作开关，对于任一全桥，该方法包括：
S11：在一组工作开关导通时，确定流经DAB变换器的谐振电感的电感电流；
可以理解的是，由于不同的电感电流会导致谐振电感的续流过程存在区别，导致另一组工作开关的两端的电压降低到接近于0这个过程所需的时间存在区别，所以需要先确定流经DAB变换器的谐振电感的电感电流，才能更准确地确定死区时间，为了实现另一组工作开关的软开通过程，需要在一组工作开关导通的时候，在一组工作开关的导通回路中将电感电流确定好，以便后续对于死区时间的确定，在得到死区时间后，才可以实现后续的软开通过程。
具体地，对于电感电流的确定的方式有很多种方法，可以直接对变换器的输入端的输入电流进行检测，将其作为电感电流；可以检测变换器的输入电压，再通过电路的具体结构根据输入电压和回路阻抗计算电感电流；对于电感电流的确定的具体实现方式等本申请在此不做特别的限定，可以根据实际电路结构和应用环境等进行选择。
S12：基于电感电流确定死区时间，死区时间与电感电流成负线性相关；
需要说明的是，对于死区时间的确定操作需要在一组工作开关的关断的操作之前完成，以便在一组工作开关的关断之后直接采用死区时间完成对另一组工作开关的导通的控制过程，以此实现对另一组工作开关的软开通过程，对于死区时间的具体确定方式本申请在此也不做特别的限定，具体如何通过电感电流计算并确定出死区时间的方式与具体电路结构有关，可以根据实际应用时具体的电路结构及相关电路参数等进行确定。
可以理解的是，电感电流越大，另一组工作开关的两端的电压降低到接近于0的过程就越快，对应的死区时间就越短；电感电流越小，另一组工作开关的两端的电压降低到接近于0的过程就越慢，对应的死区时间就越长；总体而言，死区时间与电感电流之间是负线性相关的关系。
S13：在导通的一组工作开关关断后，经过死区时间控制另一组工作开关导通。
具体地，根据电感电流得出的死区时间来控制另一组工作开关的导通过程，当前的死区时间是此时变换器的工作过程对应的开关的软开通所需的时间，经过该死区时间后，另一组开关的两端的电压降低到接近于0，以此实现开关的软开通。
需要说明的是，另一组工作开关指的是与上述导通的一组工作开关在同一全桥的另一组工作开关，如图1中所示，当该方法应用在正向运行状态的超前全桥时，一组工作开关可以为开关Q1和开关Q3，对应的另一组工作开关为开关Q2和开关Q4；当该方法应用在正向运行状态的滞后全桥时，一组工作开关可以为开关Q5和开关Q7，对应的另一组工作开关为开关Q6和开关Q8；当该方法应用在反向运行状态的超前全桥时，一组工作开关可以为开关Q5和开关Q7，对应的另一组工作开关为开关Q6和开关Q8；当该方法应用在反向运行状态的滞后全桥时，一组工作开关可以为开关Q1和开关Q3，对应的另一组工作开关为开关Q2和开关Q4。
可以理解的是，一组工作开关和另一组工作开关并不特指固定的某一组开关，变换器的工作过程是超前全桥和/或滞后全桥两组工作开关的交替导通过程，任一组开关都可作为上述步骤中的一组工作开关或另一组工作开关，对于一组工作开关和另一组工作开关的对象及具体实现等本申请在此不做特别的限定。
具体地，本发明提供的一种DAB变换器的控制方法可以应用于超前全桥的两组工作开关，也可以应用于滞后全桥的两组工作开关，也可以超前全桥和滞后全桥同时采用此种控制方式，对于本发明提供的一种DAB变换器的控制方法的应用对象等本申请在此不做特别的限定，可以根据实际应用需求等进行调整。
具体地，上述步骤及对于变换器中开关管的控制方式一般都是通过控制芯片实现的，可以是由DSP（Digital Signal Processing，数字信号处理）芯片控制发出PWM（Pulsewidth modulation，脉冲宽度调制）波，经过光耦驱动电路来驱动开关管，也可以是通过其他控制方式以及驱动电路来实现，对于变换器的具体控制方式和驱动方式的具体实现等本申请在此不做特别的限定。
以图1为例，下文是对DAB变换器的工作过程的简述；
图1中包括第一电容C1和第二电容C2，变压器的原边侧开关管Q1、Q2、Q3和Q4，副边侧开关管Q5、Q6、Q7、Q8，谐振电感 Lr和隔离变压器T1，Ui和Uo分别为变换器处于正向运行状态时的输入侧和输出侧的电压，谐振电感Lr是变压器漏感和预设的辅助电感之和，iLr为流过电感Lr的电流，定义iLr在图1中沿箭头方向从左流向右为正向流动，电压Uab和Ucd分别为超前全桥和滞后全桥相对于变压器的输出电压，电容C1和C2分别是电源侧和负载侧的稳压滤波电容，同时起到吸收电路波纹的作用，电阻R为变换器的等效负载；C1s指的是开关管Q1的寄生电容，D1s指的是开关管Q1的寄生二极管，C2s指的是开关管Q2的寄生电容，D2s指的是开关管Q2的寄生二极管，C3s指的是开关管Q3的寄生电容，D3s指的是开关管Q3的寄生二极管，C4s指的是开关管Q4的寄生电容，D4s指的是开关管Q4的寄生二极管，C5s指的是开关管Q5的寄生电容，D5s指的是开关管Q5的寄生二极管，C6s指的是开关管Q6的寄生电容，D6s指的是开关管Q6的寄生二极管，C7s指的是开关管Q7的寄生电容，D7s指的是开关管Q7的寄生二极管，C8s指的是开关管Q8的寄生电容，D8s指的是开关管Q8的寄生二极管。变换器处于正向运行状态时，开关管Q1和Q3的驱动相同，Q2和Q4的驱动相同，Q1和Q2高频互补，Q3和Q4高频互补;开关管Q5和Q7的驱动相同，Q6和Q8的驱动相同，Q5和Q6高频互补，Q7和Q8高频互补。Q1和Q5之间存在移相角，通过控制移相角的大小来传输功率的大小。变换器的正向运行的工作状态就是以Ui为输入侧，Uo为输出侧；反向运行的工作状态是以Uo为输入侧，Ui为输出侧。
请参照图3，图3为现有技术中的一种DAB变换器的控制时序图；其中D为移相角，Ts指的是变换器的变换周期；
请参照图4，图4为本发明提供的一种DAB变换器的控制方法的控制时序图；td为死区时间；
在正向运行的工作状态时，t0到t1的时间段，开关管Q1和Q3的驱动信号为高电平，处于导通状态，Uab为正极性电压，电流iLr为正向流动，经移相角的滞后，开关管Q5和Q7的驱动信号变为高电平，电流反向经Q5和Q7对应的反向并联二极管D5s和D7s流过Q5和Q7。在t1时刻，Q1和Q3的驱动信号变为低电平，Q1和Q3关断，电流iLr为Q1和Q3的寄生电容C1s和C3s进行充电，同时为Q2和Q4的寄生电容C2s和C4s进行放电，即通过开关管的寄生电容进行电感的续流。当完成对C1s和C3s充电和C2s和C4s放电的过程后，Q2和Q4的两端的电压降低为接近于0的状态，对应的寄生二极管D2s和D4s导通，iLr通过二极管D2s和D4s向电容C1进行充电。在t2时刻，将Q2和Q4的驱动信号置为高电平，此时iLr依然通过寄生二极管D2s和D4s向电容C1进行充电，完成电感的续流过程，在t0至t3时间段内变压器副边状态不变。在t3时刻，iLr降低到0，Q2和Q4正向导通，由于Q2和Q4导通之前，对应的寄生二极管已经反向导通，Q2和Q4的两端的电压已经降低为接近于0的状态，所以可以实现Q2和Q4的软开通，降低Q2和Q4的开通损耗。同时由于电感电流已经降为0并开始反向增大，Q5和Q7正向导通，由于Q5和Q7导通前，对应的寄生二极管D5s和D7s已先导通，所以可以实现Q5和Q7的软开通,变压器的副边电流对Q5和Q7的寄生电容C5s和C7s充电，为C6s和C8s放电。在t4时刻，Q5和Q7关断，变压器的副边电流为Q5和Q7的寄生电容C5s和C7s充电，为C6s和C8s放电，当完成C5s和C7s充电和C6s和C8s放电后，对应的寄生二极管D6s和D8s导通，变压器的副边电流通过二极管D6s和D8s导通流向负载。在t5时刻，将Q6和Q8的驱动信号置高，由于D6s和D8s提前导通，实现了Q6和Q8的软开通。
请参照图5，图5为本发明提供的一种DAB变换器在第一工作阶段的状态示意图；加粗部分表示在此工作阶段该部分处于导通状态，浅淡部分表示在此工作阶段该部分处于关断状态；变换器在t0到t1时间段的状态如图5所示。
请参照图6，图6为本发明提供的一种DAB变换器在第二工作阶段的状态示意图；加粗部分表示在此工作阶段该部分处于导通状态，浅淡部分表示在此工作阶段该部分处于关断状态；变换器在t1到t2时间段的状态如图6所示。
在t1至t2的阶段，电流iLr为Q1和Q3的寄生电容C1s和C3s进行充电，同时为Q2和Q4的寄生电容C2s和C4s进行放电，其变压器原边电路的状态可简化为如图7所示，请参照图7，图7为本发明提供的一种DAB变换器在第二工作阶段的简化电路示意图。由于电感Lr的电感量一般都比较大，所以在t1到t2的时间段内，可认为电感电流iLr不变。可以基于此时的电感电流对死区时间进行计算。
请参照图8，图8为本发明提供的一种DAB变换器在第三工作阶段的状态示意图；加粗部分表示在此工作阶段该部分处于导通状态，浅淡部分表示在此工作阶段该部分处于关断状态；变换器在t2到t3时间段的状态如图8所示。在t2时刻，开通Q2和Q4，由于已经延迟了死区时间，t2时刻可以实现Q2和Q4的软开通。
请参照图9，图9为本发明提供的一种DAB变换器在第四工作阶段的状态示意图；加粗部分表示在此工作阶段该部分处于导通状态，浅淡部分表示在此工作阶段该部分处于关断状态；变换器在t3到t4时间段的状态如图9所示。
请参照图10，图10为本发明提供的一种DAB变换器在第五工作阶段的状态示意图；加粗部分表示在此工作阶段该部分处于导通状态，浅淡部分表示在此工作阶段该部分处于关断状态；变换器在t4到t5时间段的状态如图10所示。
可以理解的是，DAB变换器的电路实现软开通的前提条件就是在需要开通的开关管开通前，使其反并联二极管导通，使得开关管两端电压降低到接近0，所以在t2时刻，要实现Q2和Q4的软开通需要在t2时刻之前使电感电流iLr完成对C1s和C3s的充电过程以及对C2s和C4s的放电过程。所以在Q1和Q3关断后，需要延迟死区时间后，再开通Q2和Q4。以保证当Q2和Q4开通时，电流iLr完成对于寄生电容C1s和C3s充电和对于寄生电容C2s和C4s放电，以实现Q2和Q4的软开通。
在现有技术的传统的控制方式中，从Q1和Q3关断到Q2和Q4的开通之间，只有短暂的固定的死区时间。由于固定的死区时间比较短暂且当变换器工作在轻载情况下电流iLr较小，所以在固定的死区时间内，电流iLr无法完成对于寄生电容C1s和C3s充电以及对于寄生电容C2s和C4s放电，无法满足Q2和Q4的软开通条件。而直接加大死区时间又有可能导致当电流iLr已经通过寄生二极管D2s和D4s降低到0时，开关管Q2和Q4的开通信号仍未到来，从而错过了实现软开通的时间。
在变换器的另外半个周期，从Q2和Q4关断到Q1和Q3导通的过程，同样按照上述方式延迟死区时间后再开通，同样实现Q1和Q3的软开通。其过程与上述的前半个周期的工作过程类似，不再详细叙述。
在变换器工作在反向运行的工作状态时，从Q5和Q7关断到Q6和Q8导通的过程，或者是从Q6和Q8关断到Q5和Q7导通的过程，与上述工作过程类似，可以实现对于Q6和Q8或者Q5和Q7的软开通，但是由于变压器的升压或者降压的作用，在确定死区时间时，实际的变压器的副边的电感电流是基于上述工作过程中的变压器的原边的电感电流和变压器的匝数计算得出的。
可以理解的是，DAB变换器的工作过程是对于上述的一个变换周期的工作过程的循环重复，对于DAB变换器的具体工作过程本申请在此不做特别的限定，需要进行开关管的交替导通的操作过程均可采用本发明提供的DAB变换器的控制方法，从而实现开关管的软开通，以此降低损耗，提高效率。
本发明提供了一种DAB变换器的控制方法，应用于DAB变换器的超前全桥和/或滞后全桥，超前全桥和滞后全桥均包括两组工作开关，对于任一全桥，在一组工作开关导通时，确定流经谐振电感的电感电流，再通过电感电流与死区时间之间的负线性相关的关系确定死区时间，后续根据得到的死区时间来控制另一组工作开关的导通过程，确保在一组工作开关关断后，谐振电感的续流会使另一组工作开关的两端的电压降低到接近于0，此时再控制另一组工作开关的导通，可以确保实现对于另一组工作开关的软开通过程，降低电路损耗，提高效率，通过谐振电感的电感电流来确定死区时间，在不同负载或者不同电路参数的情况下可以确定不同的死区时间，当电感电流较小时，死区时间相对更长，电感电流较大时，死区时间相对更短，可以实现根据变换器的实际的工作情况确定对应的死区时间，从而有效地实现了开关的软开通过程，通过电感电流与死区时间之间的负线性相关的关系确定变换器的精准延迟时间，可以在DAB变换器的工作过程中，特别是轻载情况下，最大化的拓宽软开关的范围，从而降低整机损耗，提高整机效率。
在上述实施例基础上，
作为一种优选地实施例，确定流经DAB变换器的谐振电感的电感电流，包括：
基于电流采样电路获取DAB变换器的输入电流，将输入电流作为DAB变换器的谐振电感的电感电流。
具体地，对于电感电流的确定方式有多种方式，可以通过确定一组开关导通时的电路中的输入电流实现对电感电流的确定，以图1所示的电路结构为例，由于电感Lr的电感量一般都比较大，所以在t1到t2的时间段内，可认为电感电流iLr不变，可以基于此时的电感电流对死区时间进行计算，且此时开关管Q1和Q3导通，整个电路结构是Q1，Q3以及电感串联的结构，可以直接获取DAB变换器的输入电流，将输入电流作为谐振电感的电感电流。
本实施例中所采用的电流采样电路也可以是多种形式的实现，可以直接复用现有技术中的DAB变换器的电压电流采样电路，也可以另外进行设置；可以是采用差分电流采样电路或简单的分压电路来实现，对于电流采样电路的设置位置及具体实现方式等本申请在此不做特别的限定。
可以理解的是，电流采样电路是确定输入电流以及电感电流的一种具体实现方式，还可以通过电流传感器等其他形式实现，本申请在此不做特别的限定；对于获取输入电流的频率及更新周期等本申请在此不做特别的限定，可以根据实际电路结构中一组开关的导通时间或其他参数等进行调整，本申请在此不做特别的限定，只需在一组开关的关断前完成对电感电流的确定以及后续的死区时间的确定过程即可。
作为一种具体地实施例，可以直接获取DAB变换器的输入电流，将输入电流作为DAB变换器的谐振电感的电感电流，简单有效，方便快捷，对于输入电流的获取相比直接获取电感电流而言较为简单，易于实现，且所需的采样电路结构简单，便于操作，成本低，有效地实现了对于电感电流的确定过程，保证了后续对于死区时间的确定过程，进一步确保变换器中的开关的软开通过程，降低整机损耗，提高整机效率。
作为一种优选地实施例，控制另一组工作开关导通，包括：
通过光耦驱动电路输出高电平信号以控制另一组工作开关导通。
具体地，对于DAB变换器中的开关器件的控制过程通过是基于控制芯片实现的，一般采用的是DSP控制芯片，可以是控制芯片在通过电压电流采样电路采集到的信号进行计算后，基于计算得到的死区时间输出对应的PWM波，PWM波经过光耦驱动电路对DAB变换器的主电路中的开关器件进行控制。
可以理解的是，对于开关器件的驱动模块的选择不限于上述的光耦驱动电路，可以采用其他方式，如磁耦驱动等方式，本申请在此不做特别的限定；对于如何通过驱动模块输出控制信号的方式也有很多实现方式，可以是通过控制芯片或者处理器等，本申请在此不做特别的限定,本实施例是另一组开关的控制方式的一种具体实施方式，一组开关的控制方式可以采用此种实施方式，也可采用其他实现方式，本申请在此不做特别的限定。
作为一种具体地实施例，通过光耦驱动电路实现对变换器的主电路中的开关器件进行驱动控制，光耦驱动电路的输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高，线路简单，可靠性高，开关性能好，可以有效地实现对于开关管的准确控制，有利于变换器的整个工作过程的准确完成，确保了变换器的安全性和可靠性。
作为一种优选地实施例，基于电感电流确定死区时间，死区时间与电感电流成负线性相关，包括：
基于电感电流确定死区时间，死区时间与电感电流成反比例关系。
具体地，以图1为例，当DAB变换的具体电路结构如图所示时，死区时间与电感电流成反比例关系，可以基于此关系进一步确定死区时间与电感电流之间的关系。
可以理解的是，一般情况下，对于DAB变换器而言，死区时间与电感电流成反比例关系，进一步确定了死区时间与电感电流之间的关系，有利于后续对死区时间的确定过程的实现，以便后续基于死区时间完成对于开关管的控制过程，降低整机损耗，提高整机效率。
作为一种优选地实施例，当DAB变换器处于正向运行的工作状态时，超前全桥的一组工作开关包括第一开关Q1和第三开关Q3，超前全桥的另一组工作开关包括第二开关Q2和第四开关Q4；
基于电感电流确定死区时间，包括：
基于预设电感电流-死区时间的关系式和电感电流得到死区时间；
其中，预设电感电流-死区时间的关系式为：
其中，Ui为DAB变换器处于正向运行时的输入电压，C1S为第一开关Q1的寄生电容的电容值，C2S为第二开关Q2的寄生电容的电容值，C3S为第三开关Q3的寄生电容的电容值，C4S为第四开关Q4的寄生电容的电容值，iLr为电感电流，td为死区时间。
一般地，会通过变换器在不同工作状态下对应的不同的预设电感电流-死区时间的关系式和电感电流的值对死区时间进行计算，对于不同的工作状态，该关系式对应的具体内容也不完全相同，本申请在此不做特别的限定，一般需要根据具体的电路结构进行适当调整。
可以理解的是，当DAB变换器处于正向运行的工作状态时，可以将超前全桥的两组开关作为一种具体的实施例，以图1为例，当一组工作开关包括第一开关Q1和第三开关Q3，另一组工作开关包括第二开关Q2和第四开关Q4时，对应的死区时间的确定公式如上所述，主要由四部分组成，
指的是第一开关Q1对应的寄生电容C1s充电至输入电压所需的时间；/>
指的是第二开关Q2对应的寄生电容C2s放电至零所需的时间；
指的是第三开关Q3对应的寄生电容C3s充电至输入电压所需的时间；
指的是第四开关Q4对应的寄生电容C4s放电至零所需的时间；将四个过程的时间相加就得到了整个过程需要用时所对应的死区时间。
作为一种具体地实施例，给出了当DAB变换器处于正向运行的工作状态时，一组工作开关包括第一开关Q1和第三开关Q3，超前全桥的另一组工作开关包括第二开关Q2和第四开关Q4时的死区时间的具体计算公式，使计算过程更为清晰明确，可以直接带入关系式对死区时间进行计算，方便快捷，简单有效，提高了对于死区时间的确定的准确性，有利于整个变换器对于开关器件的软开通的实现，降低整机损耗，提高整机效率。
作为一种优选地实施例，当DAB变换器处于反向运行的工作状态时，超前全桥的一组工作开关包括第五开关Q5和第七开关Q7，超前全桥的另一组工作开关包括第六开关Q6和第八开关Q8；
基于电感电流确定死区时间，包括：
基于预设电感电流-死区时间的关系式和电感电流得到死区时间；
其中，预设电感电流-死区时间的关系式为：
其中，Uo为DAB变换器处于反向运行时的输入电压，C5S为第五开关Q5的寄生电容的电容值，C6S为第六开关Q6的寄生电容的电容值，C7S为第七开关Q7的寄生电容的电容值，C8S为第八开关Q8的寄生电容的电容值，iLr为电感电流，N为DAB变换器的变压器的匝数，td为死区时间。
一般地，会通过变换器在不同工作状态下对应的不同的预设电感电流-死区时间的关系式和电感电流的值对死区时间进行计算，对于不同的工作状态，该关系式对应的具体内容也不完全相同，本申请在此不做特别的限定，一般需要根据具体的电路结构进行适当调整。
可以理解的是，当DAB变换器处于反向运行的工作状态时，可以将此时的超前全桥的两组开关作为一种具体的实施例，以图1为例，当一组工作开关包括第五开关Q5和第七开关Q7，另一组工作开关包括第六开关Q6和第八开关Q8时，对应的死区时间的确定公式如上所述，主要由四部分组成，
指的是第五开关Q5对应的寄生电容C5s充电至输入电压所需的时间；/>
指的是第六开关Q6对应的寄生电容C6s放电至零所需的时间；/>
指的是第七开关Q7对应的寄生电容C7s充电至输入电压所需的时间；
指的是第八开关Q8对应的寄生电容C8s放电至零所需的时间；将四个过程的时间相加就得到了整个过程需要用时所对应的死区时间。
作为一种具体地实施例，给出了当DAB变换器处于反向运行的工作状态时，一组工作开关包括第五开关Q5和第七开关Q7，另一组工作开关包括第六开关Q6和第八开关Q8时的死区时间的具体计算公式，使计算过程更为清晰明确，可以直接带入关系式对死区时间进行计算，方便快捷，简单有效，提高了对于死区时间的确定的准确性，有利于整个变换器对于开关器件的软开通的实现，降低整机损耗，提高整机效率。
请参照图11，图11为本发明提供的一种控制芯片的结构示意图；
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种控制芯片22，包括：
存储器1，用于存储计算机程序；
处理器2，用于执行计算机程序时实现如上述的DAB变换器的控制方法的步骤。
其中，处理器2可以包括一个或多个处理核心，比如4核心处理器、8核心处理器等。处理器2可以采用DSP (Digital Signal Processor，数字信号处理器)、FPGA (Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)、PLA (Programmable Logic Array，可编程逻辑阵列)中的至少一种硬件形式来实现。处理器2也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称中央处理器；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。在一些实施例中，处理器2可以集成GPU（graphics processing unit，图形处理器），GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。一些实施例中，处理器2还可以包括AI (Artificial Intelligence，人工智能)处理器，该AI处理器用于处理有关机器学习的计算操作。
存储器1可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器1还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。本实施例中，存储器1至少用于存储以下计算机程序，其中，该计算机程序被处理器2加载并执行之后，能够实现前述任意一个实施例公开的DAB变换器的控制方法的相关步骤。另外，存储器1所存储的资源还可以包括操作系统和数据等，存储方式可以是短暂存储或者永久存储。其中，操作系统可以包括Windows、Unix、Linux等。数据可以包括但不限于DAB变换器的控制方法的数据等。
在一些实施例中，控制芯片22还可包括有显示屏、输入输出接口、通信接口、电源以及通信总线。
本领域技术人员可以理解的是，图11中示出的结构并不构成对控制芯片22的限定，可以包括比图示更多或更少的组件，对于控制芯片22的具体类型等本申请在此不做特别的限定。
对于本发明提供的一种控制芯片22的介绍请参照上述方法实施例，本发明在此不再赘述。
请参照图12，图12为本发明提供的一种DAB变换器的结构示意图；
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种DAB变换器，包括驱动模块21和如上述的控制芯片22；控制芯片22与驱动模块21连接，驱动模块21分别与超前全桥和/或滞后全桥的两组工作开关的控制端连接。
本发明提供的一种DAB变换器主要包括驱动模块21和控制芯片22，控制芯片22通过驱动模块21对DAB变换器的主电路中的超前全桥和/或滞后全桥的两组工作开关进行控制，在实际应用中，DAB变换器一般由四部分组成，DAB变换器的主电路，控制芯片22，驱动模块21和电流采样电路部分；可以理解的是，上述说明并不构成对DAB变换器的限定，可以包括比上述更多或更少的组件，对于控制芯片22，驱动模块21以及整个DAB变换器的具体类型，具体实现方式以及具体的电路结构等本申请在此不做特别的限定，对于DAB变换器的主电路的中开关器件及具体电路结构等本申请在此不做特别的限定，可以采用图1中所述的IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管），也可以采用MOS（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管）管等开关器件，具体采用的开关管的类型等本申请在此不做特别的限定，如果所采用的开关管的内部存在电容和/或二极管结构，则不需要另外在电路中并联电容和/或二极管器件，直接复用自身的电容和/或二极管作为寄生电容和/或寄生二极管，如果所采用的开关管的内部不存在电容和/或二极管结构，则需要另外在电路中并联电容和/或二极管器件作为寄生电容和/或寄生二极管。
作为一种优选地实施例，驱动模块21为光耦驱动电路。
具体地，驱动模块21可以采用光耦驱动电路，光耦驱动电路可以是由光耦器件和限流电阻等器件结合实现的，也可以是其他的电路结构，本申请在此不做特别的限定。
作为一种具体的实施例，采用光耦驱动电路实现DAB变换器中的驱动模块21，光耦驱动电路的输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高，线路简单，可靠性高，开关性能好，可以有效地实现对于开关管的准确控制，有利于变换器的整个工作过程的准确完成，确保了变换器的安全性和可靠性。
对于本发明提供的一种DAB变换器的介绍请参照上述方法实施例，本发明在此不再赘述。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述的DAB变换器的控制方法的步骤。
可以理解的是，如果上述实施例中的方法以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。具体地，计算机可读存储介质可以包括但不限于任何类型的盘，包括软盘、光盘及移动硬盘等，或适合于存储指令、数据的任何类型的媒介或设备等等，本申请在此不做特别的限定。
对于本发明提供的一种计算机可读存储介质的介绍请参照上述方法实施例，本发明在此不再赘述。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种DAB变换器的控制系统，应用于DAB变换器的超前全桥和/或滞后全桥，超前全桥和滞后全桥均包括两组工作开关，对于任一全桥，该系统包括：
确定电感电流单元，用于在一组工作开关导通时，确定流经DAB变换器的谐振电感的电感电流；
确定死区时间单元，用于基于电感电流确定死区时间，死区时间与电感电流成负线性相关；
控制单元，用于在导通的一组工作开关关断后，经过死区时间控制另一组工作开关导通。
对于本发明提供的一种DAB变换器的控制系统的介绍请参照上述方法实施例，本发明在此不再赘述。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种DAB变换器的控制方法，其特征在于，应用于所述DAB变换器的超前全桥和/或滞后全桥，所述超前全桥和所述滞后全桥均包括两组工作开关，对于任一全桥，该方法包括：
在一组工作开关导通时，确定流经所述DAB变换器的谐振电感的电感电流；
基于所述电感电流确定死区时间，所述死区时间与所述电感电流成负线性相关；
在导通的所述一组工作开关关断后，经过所述死区时间控制另一组工作开关导通；
基于所述电感电流确定死区时间，所述死区时间与所述电感电流成负线性相关，包括：
基于所述电感电流确定死区时间，所述死区时间与所述电感电流成反比例关系；
当所述DAB变换器处于正向运行的工作状态时，所述超前全桥的一组工作开关包括第一开关和第三开关，所述超前全桥的另一组工作开关包括第二开关和第四开关；
基于所述电感电流确定死区时间，包括：
基于预设电感电流-死区时间的关系式和所述电感电流得到所述死区时间；
其中，所述预设电感电流-死区时间的关系式为：
其中，Ui为所述DAB变换器处于正向运行时的输入电压，C1S为所述第一开关的寄生电容的电容值，C2S为所述第二开关的寄生电容的电容值，C3S为所述第三开关的寄生电容的电容值，C4S为所述第四开关的寄生电容的电容值，iLr为所述电感电流，td为所述死区时间。
2.如权利要求1所述的DAB变换器的控制方法，其特征在于，确定流经所述DAB变换器的谐振电感的电感电流，包括：
基于电流采样电路获取所述DAB变换器的输入电流，将所述输入电流作为所述DAB变换器的谐振电感的电感电流。
3.如权利要求1所述的DAB变换器的控制方法，其特征在于，控制另一组工作开关导通，包括：
通过光耦驱动电路输出高电平信号以控制另一组工作开关导通。
4.如权利要求1所述的DAB变换器的控制方法，其特征在于，当所述DAB变换器处于反向运行的工作状态时，所述超前全桥的一组工作开关包括第五开关和第七开关，所述超前全桥的另一组工作开关包括第六开关和第八开关；
基于所述电感电流确定死区时间，包括：
基于预设电感电流-死区时间的关系式和所述电感电流得到所述死区时间；
其中，所述预设电感电流-死区时间的关系式为：
其中，Uo为所述DAB变换器处于反向运行时的输入电压，C5S为所述第五开关的寄生电容的电容值，C6S为所述第六开关的寄生电容的电容值，C7S为所述第七开关的寄生电容的电容值，C8S为所述第八开关的寄生电容的电容值，iLr为所述电感电流，N为所述DAB变换器的变压器的匝数，td为所述死区时间。
5.一种控制芯片，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述的DAB变换器的控制方法的步骤。
6.一种DAB变换器，其特征在于，包括驱动模块和如权利要求5所述的控制芯片；所述控制芯片与所述驱动模块连接，所述驱动模块分别与所述超前全桥和/或所述滞后全桥的两组工作开关的控制端连接。
7.如权利要求6所述的DAB变换器，其特征在于，所述驱动模块为光耦驱动电路。
8.一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上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述的DAB变换器的控制方法的步骤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A Control Method and Related Components of DAB Converter Granted publication date: 20230606 Pledgee: Zhejiang Hangzhou Yuhang Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Science and Technology City Branch Pledgor: ZHEJIANG HRV ELECTRIC Co.,Ltd. Registration number: Y2024980009884 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |