CN116155115B - 双有源全桥双向dc/dc变换器的抑制暂态直流偏磁方法及系统 - Google Patents
双有源全桥双向dc/dc变换器的抑制暂态直流偏磁方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种双有源全桥双向DC/DC变换器的抑制暂态直流偏磁方法，所述方法通过获取TN开关周期内的第一移向角指令和第一功率状态，判断TN+1开关周期内的第二移向角指令相对第一移向角指令的差值，调整其内的移相角范围，得出其内TBPHS值接受范围。本发明还公开了另一种双有源全桥双向DC/DC变换器的抑制暂态直流偏磁方法，该方法中通过获取当前TBPHS值，将该值更改为第一设定值，同时控制移相桥臂脉冲同步关断；然后再控制其同步开启，控制TBPHS值达到第二设定值，将TBCTL修改为目标值。本方案处理暂态切换过程中所引发的异常脉宽，建立在对实时异常脉冲处理逻辑上，避免了繁琐的暂态直流偏磁模型的建立。
Description
技术领域
本发明涉及DC/DC变换器直流偏磁抑制技术领域，具体涉及一种双有源全桥双向DC/DC变换器的抑制暂态直流偏磁方法及系统。
背景技术
并网功率调度或离网负载突变时，控制器将进行暂态调节过程以满足需求，移相角突变会导致正负脉宽异常，进而引入电感电流的直流成分，导致直流偏磁的发生。出现直流偏磁时，暂态出现明显的过流情况，传输电感电流出现尖峰，同时增大了变换器开关管电流应力变大，损坏开关寿命。假如较长时间处于直流偏磁状态，高频变压器会发生磁饱和现象，影响DC/DC的正常工作。
发明内容
为了解决上述背景技术所存在技术问题，本发明实施例提供了一种双有源全桥双向DC/DC变换器的抑制暂态直流偏磁方法及系统。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
第一方面，本发明实施例提供了一种双有源全桥双向DC/DC变换器的抑制暂态直流偏磁方法，所述方法是基于对实时异常脉冲分析、调整从而建立的控制逻辑，基于所述控制逻辑来处理暂态切换过程中所引发的异常脉宽问题；
其中，所述控制逻辑为：
获取TN开关周期内的第一移向角指令和第一功率状态，
判断TN+1开关周期内的第二移向角指令相对于TN开关周期内的第一移向角指令的差值，基于TN开关周期内的第一功率状态和所述差值变步长调整TN+1开关周期内可允许调整的移相角范围，基于可允许调整的移相角范围动态得出TN+1开关周期内TBPHS值接受范围，以此来降低电感中过流发生的频次。
作为第二方面，本发明还提供了一种双有源全桥双向DC/DC变换器的抑制暂态直流偏磁方法，所述方法是基于对实时异常脉冲分析、调整从而建立的控制逻辑，基于所述控制逻辑来处理暂态切换过程中所引发的异常脉宽问题；
其中，所述控制逻辑为：
当系统控制器判定需要发生能量流切换时，获取当前TBPHS值，将当前TBPHS值更改为第一设定值，同时控制移相桥臂脉冲同步关断延长设定时间；然后控制移相桥臂脉冲同步开启，开启后控制此时TBPHS值达到第二设定值，并将TBCTL修改为第二设定值所对应的目标值。
基于上述，所述第一设定值为0。
基于上述，所述第二设定值是通过此关断周期内移向角指令功率状态所确定的目标TBPHS值。
基于上述，能量流切换包括正向功率切负向功率或负向功率切正向功率，在正向功率和负向功率切换过程中，其移相角的正负号对应的发生变化。
作为第三方面，本发明还提供了一种双有源全桥双向DC/DC变换器的抑制暂态直流偏磁系统，包括：判断模块，第一控制逻辑单元和第二控制逻辑单元；其中，所述判断模块用于连接系统控制器，用于判断能量流方向，并基于系统控制器来判定能量流是否发生切换；
若未发生切换，采用第一控制逻辑单元来处理暂态切换过程中所引发的异常脉宽问题；若发生切换，采用第二控制逻辑单元来处理暂态切换过程中所引发的异常脉宽问题。
基于上述，所述第一控制逻辑单元内嵌入有第一控制逻辑；
所述第一控制逻辑为：
获取TN开关周期内的第一移向角指令和第一功率状态，
判断TN+1开关周期内的第二移向角指令相对于TN开关周期内的第一移向角指令的差值，基于TN开关周期内的第一功率状态和所述差值变步长调整TN+1开关周期内可允许调整的移相角范围，基于可允许调整的移相角范围动态得出TN+1开关周期内TBPHS值接受范围，以此来降低电感中过流发生的频次。
基于上述，所述第二控制逻辑单元内嵌入有第二控制逻辑；
所述第二控制逻辑为：当系统控制器判定需要发生能量流切换时，获取当前TBPHS值，将当前TBPHS值更改为第一设定值，同时控制移相桥臂脉冲同步关断延长设定时间；然后控制移相桥臂脉冲同步开启，开启后控制此时TBPHS值达到第二设定值，并将TBCTL修改为第二设定值所对应的目标值。
基于上述，所述第一设定值为0；
所述第二设定值是通过此关断周期内移向角指令功率状态所确定的目标TBPHS值。
基于上述，能量流切换包括正向功率切负向功率或负向功率切正向功率，在正向功率和负向功率切换过程中，其移相角的正负号对应的发生变化。
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
本方案着重处理暂态切换过程中所引发的异常脉宽，建立在对实时异常脉冲处理逻辑上，避免了繁琐的暂态直流偏磁模型的建立。
附图说明
图1为实施例中提供的因移向角变化引发电感过流的原理图；
图2为实施例中提供的能量流变化后通过控制逻辑进行抑制直流偏磁的验证实验图；
图3为实施例中提供的系统框架原理示意图。
实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
参阅图1，控制器移相原理如下：
ePWM1A、1B共用一个载波计数器负责基准桥臂脉冲，对应开关管为Q1~Q4。
ePWM2A、2B共用一个载波计数器负责移相桥臂脉冲，对应开关管为Q5~Q8。
ePWM1的载波计数器在每次Zero时刻给出同步信号，ePWM2指定同步输入源为ePWM1，稳态下上下桥臂各以50%带死区的脉冲正常工作，当发生功率调整时，可控制计算移向角度，ePWM1在过零时刻发出同步信号，ePWM2收到同步信号时，调整自己的载波计数器Cnt由TBPHS1变为TBPHS2寄存器值。
ePWM2同步方向寄存器TBCTL[PHSDIR = 1]向上计数，此时超前于ePWM1。
ePWM2同步方向寄存器TBCTL[PHSDIR = 0]向下计数，此时滞后于ePWM1。
以下展示ePWM2超前ePWM1过程中因移相角变大，导致异常脉冲出现的示意图，如图1，可以看到在t1时刻收到同步信号调整其载波计数器，导致t1相关的脉宽长度变窄。在极端正向和方向功率切换时刻会引入长达一个周期的高电平，容易引发电感过流现象。
实施例
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种双有源全桥双向DC/DC变换器的抑制暂态直流偏磁方法，所述方法是基于对实时异常脉冲分析、调整从而建立的控制逻辑，基于所述控制逻辑来处理暂态切换过程中所引发的异常脉宽问题；
其中，所述控制逻辑为：
获取TN开关周期内的第一移向角指令和第一功率状态，
判断TN+1开关周期内的第二移向角指令相对于TN开关周期内的第一移向角指令的差值，基于TN开关周期内的第一功率状态和所述差值变步长调整TN+1开关周期内可允许调整的移相角范围，基于可允许调整的移相角范围动态得出TN+1开关周期内TBPHS值接受范围，以此来降低电感中过流发生的频次。
在上述实施例中，其基本的原理为：通过判断前后两次移相角指令的差值大小，来取舍每个开关周期内改变的TBPHS值，同时判断上一状态功率情况，变步长调整单次开关周期内可允许调整的移相角，以此动态得出每次可调整TBPHS值接受范围，将异常脉宽的影响缩减到若干个开关周期内，以此来降低电感中过流发生的频次，进而降低开关管电流应力。
通过实验验证，可以将异常脉宽的影响缩减到1-3个开关周期内。
实施例
参照图2，作为第二方面，本发明还提供了一种双有源全桥双向DC/DC变换器的抑制暂态直流偏磁方法，所述方法是基于对实时异常脉冲分析、调整从而建立的控制逻辑，基于所述控制逻辑来处理暂态切换过程中所引发的异常脉宽问题；
其中，所述控制逻辑为：
当系统控制器判定需要发生能量流切换时，获取当前TBPHS值，将当前TBPHS值更改为第一设定值，同时控制移相桥臂脉冲同步关断延长设定时间；然后控制移相桥臂脉冲同步开启，开启后控制此时TBPHS值达到第二设定值，并将TBCTL修改为第二设定值所对应的目标值。
上述的原理为：判断能量流方向，避免从正向功率突变到负向功率过程中所引发的过长脉宽，当系统控制器判定需要发生能量流切换时，即正向功率切负向功率或负向功率切正向功率，移相角的正负号发生变化，中间添加过渡环节，将当前TBPHS值降低为0，移相桥臂脉冲全部关断延长一定时间，再同步打开，避免出现大于50%的脉冲长度。完成此步骤后再切到目标TBPHS，同时修改TBCTL[PHSDIR]为对应值，图2给出从超前状态到0状态的切换图，Ch0和Ch1为基准桥臂脉宽，Ch2和Ch3为移相桥臂脉冲，从超前90°到0°状态，只是延长了一段关断时刻，而并未引发异常脉冲的出现。
实施例
参照图3，作为第三方面，本发明还提供了一种双有源全桥双向DC/DC变换器的抑制暂态直流偏磁系统，包括：判断模块，第一控制逻辑单元和第二控制逻辑单元；其中，所述判断模块用于连接系统控制器，用于判断能量流方向，并基于系统控制器来判定能量流是否发生切换；
若未发生切换，采用第一控制逻辑单元来处理暂态切换过程中所引发的异常脉宽问题；若发生切换，采用第二控制逻辑单元来处理暂态切换过程中所引发的异常脉宽问题。
所述第一控制逻辑单元内嵌入有第一控制逻辑；
所述第一控制逻辑为：
获取TN开关周期内的第一移向角指令和第一功率状态，
判断TN+1开关周期内的第二移向角指令相对于TN开关周期内的第一移向角指令的差值，基于TN开关周期内的第一功率状态和所述差值变步长调整TN+1开关周期内可允许调整的移相角范围，基于可允许调整的移相角范围动态得出TN+1开关周期内TBPHS值接受范围，以此来降低电感中过流发生的频次。
所述第二控制逻辑单元内嵌入有第二控制逻辑；
所述第二控制逻辑为：当系统控制器判定需要发生能量流切换时，获取当前TBPHS值，将当前TBPHS值更改为第一设定值，同时控制移相桥臂脉冲同步关断延长设定时间；然后控制移相桥臂脉冲同步开启，开启后控制此时TBPHS值达到第二设定值，并将TBCTL修改为第二设定值所对应的目标值。
基于上述，所述第一设定值为0；
所述第二设定值是通过此关断周期内移向角指令功率状态所确定的目标TBPHS值。
基于上述，能量流切换包括正向功率切负向功率或负向功率切正向功率，在正向功率和负向功率切换过程中，其移相角的正负号对应的发生变化。
其中，第一控制逻辑的控制原理为：其基本的原理为：通过判断前后两次移相角指令的差值大小，来取舍每个开关周期内改变的TBPHS值，同时判断上一状态功率情况，变步长调整单次开关周期内可允许调整的移相角，以此动态得出每次可调整TBPHS值接受范围，将异常脉宽的影响缩减到若干个开关周期内，以此来降低电感中过流发生的频次，进而降低开关管电流应力。
第二控制逻辑的控制原理为：判断能量流方向，避免从正向功率突变到负向功率过程中所引发的过长脉宽，当系统控制器判定需要发生能量流切换时，即正向功率切负向功率或负向功率切正向功率，移相角的正负号发生变化，中间添加过渡环节，将当前TBPHS值降低为0，移相桥臂脉冲全部关断延长一定时间，再同步打开，避免出现大于50%的脉冲长度。完成此步骤后再切到目标TBPHS，同时修改TBCTL[PHSDIR]为对应值。
需要说明的是，在本文中，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。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.双有源全桥双向DC/DC变换器的抑制暂态直流偏磁方法，其特征在于，所述方法是基于对实时异常脉冲分析、调整从而建立的控制逻辑，基于所述控制逻辑来处理暂态切换过程中所引发的异常脉宽问题；
其中，所述控制逻辑为：
获取TN开关周期内的第一移向角指令和第一功率状态，
判断TN+1开关周期内的第二移向角指令相对于TN开关周期内的第一移向角指令的差值，基于TN开关周期内的第一功率状态和所述差值变步长调整TN+1开关周期内可允许调整的移相角范围，基于可允许调整的移相角范围动态得出TN+1开关周期内TBPHS值接受范围，以此来降低电感中过流发生的频次；
当系统控制器判定需要发生能量流切换时，获取当前TBPHS值，将当前TBPHS值更改为第一设定值，同时控制移相桥臂脉冲同步关断延长设定时间；然后控制移相桥臂脉冲同步开启，开启后控制此时TBPHS值达到第二设定值，并将TBCTL修改为第二设定值所对应的目标值。
2.根据权利要求1所述的双有源全桥双向DC/DC变换器的抑制暂态直流偏磁方法，其特征在于，所述第一设定值为0。
3.根据权利要求1所述的双有源全桥双向DC/DC变换器的抑制暂态直流偏磁方法，其特征在于，所述第二设定值是通过此关断周期内移向角指令功率状态所确定的目标TBPHS值。
4.根据权利要求1所述的双有源全桥双向DC/DC变换器的抑制暂态直流偏磁方法，其特征在于，能量流切换包括正向功率切负向功率或负向功率切正向功率，在正向功率和负向功率切换过程中，其移相角的正负号对应的发生变化。
5.双有源全桥双向DC/DC变换器的抑制暂态直流偏磁系统，其特征在于，包括：判断模块，第一控制逻辑单元和第二控制逻辑单元；其中，
所述判断模块用于连接系统控制器，用于判断能量流方向，并基于系统控制器来判定能量流是否发生切换；
若未发生切换，采用第一控制逻辑单元来处理暂态切换过程中所引发的异常脉宽问题；若发生切换，采用第二控制逻辑单元来处理暂态切换过程中所引发的异常脉宽问题；
所述第一控制逻辑单元内嵌入有第一控制逻辑；
所述第一控制逻辑为：
获取TN开关周期内的第一移向角指令和第一功率状态，
判断TN+1开关周期内的第二移向角指令相对于TN开关周期内的第一移向角指令的差值，基于TN开关周期内的第一功率状态和所述差值变步长调整TN+1开关周期内可允许调整的移相角范围，基于可允许调整的移相角范围动态得出TN+1开关周期内TBPHS值接受范围，以此来降低电感中过流发生的频次；
所述第二控制逻辑单元内嵌入有第二控制逻辑；
所述第二控制逻辑为：当系统控制器判定需要发生能量流切换时，获取当前TBPHS值，将当前TBPHS值更改为第一设定值，同时控制移相桥臂脉冲同步关断延长设定时间；然后控制移相桥臂脉冲同步开启，开启后控制此时TBPHS值达到第二设定值，并将TBCTL修改为第二设定值所对应的目标值。
6.根据权利要求5所述的双有源全桥双向DC/DC变换器的抑制暂态直流偏磁系统，其特征在于，所述第一设定值为0；
所述第二设定值是通过此关断周期内移向角指令功率状态所确定的目标TBPHS值。
7.根据权利要求5所述的双有源全桥双向DC/DC变换器的抑制暂态直流偏磁系统，其特征在于，所述能量流切换包括正向功率切负向功率或负向功率切正向功率，在正向功率和负向功率切换过程中，其移相角的正负号对应的发生变化。
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| CN114285052A (zh) * | 2022-01-21 | 2022-04-05 | 华中科技大学 | 一种双有源桥串联谐振变换器的暂态过程控制方法及系统 |
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