CN116915048A - 三电平dc-dc变换器的环路控制器、系统、方法、存储介质 - Google Patents

三电平dc-dc变换器的环路控制器、系统、方法、存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三电平DC‑DC变换器的环路控制器、系统、方法、存储介质，本发明在连续模式下轻载运行的输出电感电流不确定时提供拥有容错率的控制方案，先分析充放电模式对电流方向进行一个大致的判断，然后根据充放电模式对给到开关管的PWM信号进行调整，当发现飞跨电容的电压远离半母线的时候及时调整对应开关管的PWM信号占空比，切换充放电的状态，使得三电平飞跨电容的电压一直运行在半母线附近的范围，本发明在工作模式出现异常的时候能够及时的切换方向而且不影响变化器的正常工作，确保每个开关管工作在正常的电压应力范围内。

Description

三电平DC-DC变换器的环路控制器、系统、方法、存储介质
技术领域
本发明涉及DC-DC双向变换器领域，尤其涉及一种三电平DC-DC变换器及环路控制器、系统、方法、存储介质。
背景技术
三电平DC-DC双向变换器相对于传统的两电平电路有许多的优势，例如开关管的电压应力减半，电感电流纹波小，电感的尺寸小。但是三电平DC-DC双向变换器的开关管数量多，控制复杂，飞跨电容平衡的控制方案更是控制中的难点，制约了飞跨电容三电平的发展。
现有三电平飞跨电容电压平衡控制方案，对于单向控制的应用比较多，此时电感电流的方向是确定的，不用考虑电流的方向，因此飞跨电容电压的控制也是单向的。但是在部分双向变化的场合中，充电的状态和放电的状态是完全相反的，因此单向变换器的控制策略不适用于双向变换器，在双向变换中在轻载状态下工作在电流连续模式时，电感电流的方向由于采样偏差和开关纹波的因素，电感电流经过滤波之后方向是不确定的，因此对飞跨电容控制方向容易产生误判断。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述在双向变换中在轻载状态下工作在电流连续模式时飞跨电容控制方向容易产生误判断的缺陷，提供一种三电平DC-DC变换器及环路控制器、系统、方法、存储介质。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一方面，构造一种三电平DC-DC变换器的控制方法，所述三电平DC-DC变换器包括顺次连接于母线电容的正极和负极之间的第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，所述第一开关管、第二开关管的连接点和第三开关管和第四开关管的连接点之间连接一个所述飞跨电容，其特征在于，所述方法包括：
模式判断步骤：基于所述三电平DC-DC变换器的输出电感电流和所述三电平DC-DC变换器经滤波后的电池电流判断当前的工作模式，所述工作模式包括充电模式、放电模式；
开关管占空比调整步骤：若充电模式下所述飞跨电容的飞跨电容电压大于半母线电容电压，则加大所述第二开关管的PWM信号占空比且减小所述第一开关管的PWM信号占空比；若放电模式下所述飞跨电容电压大于半母线电容电压，则减小所述第二开关管的PWM信号占空比且加大所述第一开关管的PWM信号占空比；
其中，第一开关管和第四开关管的PWM信号互补，第二开关管和第三开关管的PWM信号互补。
进一步地，在本发明所述的控制方法中，所述开关管占空比调整步骤具体包括：
基于实时采集的所述输出电感电流以及电池电流得到初步PWM信号；
将实时采集的飞跨电容电压减去半母线电容电压得到第一差值，将所述第一差值输入PI控制器得到第一控制量；
将所述第一控制量乘以调整因子后得到调整量，充电模式下所述调整因子为1，放电模式下所述调整因子为-1；
将所述初步PWM信号加上所述调整量得到第一开关管的PWM信号；
将所述初步PWM信号减去所述调整量得到第二差值，将所述第二差值移项180度得到第二开关管的PWM信号。
进一步地，在本发明所述的控制方法中，基于实时采集的所述输出电感电流以及电池电流得到初步PWM信号，具体包括：
将参考电流减去所述电池电流得到第三差值，将所述第三差值输入PI控制器得到第二控制量；
将所述第二控制量减去所述输出电感电流得到第四差值，将所述第四差值输入PI控制器得到第三控制量，所述第三控制量作为所述初步PWM信号。
进一步地，在本发明所述的控制方法中，所述模式判断步骤具体包括：
预先判断所述电池电流是否大于零，如果是，则判定当前处于充电模式，否则判定当前处于放电模式；
在充电模式时实时判断最新得到的所述第一控制量是否大于预设值，如果是则判定当前切换到处于放电模式；
在放电模式时实时判断最新得到的所述第一控制量是否大于预设值，如果是则判定当前切换到处于充电模式。
二方面，构造一种三电平DC-DC变换器的环路控制器，所述三电平DC-DC变换器包括顺次连接于母线电容的正极和负极之间的第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，所述第一开关管、第二开关管的连接点和第三开关管和第四开关管的连接点之间连接一个所述飞跨电容，所述环路控制器包括：
原始环路控制模块，用于输出PWM信号给到所述第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管；
环路控制调整模块，用于对所述原始环路控制模块的PWM信号进行调整，包括：基于所述三电平DC-DC变换器的输出电感电流和所述三电平DC-DC变换器经滤波后的电池电流判断当前的工作模式，所述工作模式包括充电模式、放电模式；在充电模式所述飞跨电容的飞跨电容电压大于半母线电容电压时，加大所述第二开关管的PWM信号占空比且减小所述第一开关管的PWM信号占空比；以及在放电模式下所述飞跨电容电压大于半母线电容电压时，减小所述第二开关管的PWM信号占空比且加大所述飞跨电容电压所对应的第一开关管的PWM信号占空比，且第一开关管和第四开关管的PWM信号互补，第二开关管和第三开关管的PWM信号互补。
进一步地，在本发明所述的环路控制器中，所述原始环路控制模块包括初步PWM信号产生模块和移相器，所述原始环路控制模块包括第一减法器、第一PI控制器、充放电模式判断模块、乘法器、第二减法器、加法器、第一反相器、第二反相器；
所述初步PWM信号产生模块，用于基于实时采集的所述输出电感电流以及电池电流得到初步PWM信号，并将其输入所述第二减法器和加法器；
所述第一减法器，用于将实时采集的所述飞跨电容电压减去半母线电容电压得到第一差值并将其输入所述第一PI控制器；
所述第一PI控制器，基于所述第一差值得到第一控制量，并将其输入所述乘法器；
所述充放电模式判断模块，用于设置并输入调整因子到所述乘法器，在充电模式下所述调整因子为1，放电模式下所述调整因子为-1；
所述乘法器，用于将所述第一控制量乘以调整因子后得到调整量，并将其输入所述第二减法器和加法器；
所述加法器，用于将所述初步PWM信号加上所述调整量得到第一开关管的PWM信号；
所述第二减法器，用于将所述初步PWM信号减去所述调整量得到第二差值并将其输入所述移相器；
所述移相器，用于将所述第二差值移项180度得到第二开关管的PWM信号；
所述第一反相器，用于将第一开关管的PWM信号反相得到第四开关管的PWM信号；
所述第二反相器，用于将第二开关管的PWM信号反相得到第三开关管的PWM信号。
进一步地，在本发明所述的环路控制器中，所述初步PWM信号产生模块具体包括第三减法器、第四减法器、第二PI控制器、第三PI控制器
所述第三减法器，用于将参考电流减去所述电池电流得到第三差值并将其输入所述第二PI控制器；
所述第二PI控制器，用于基于所述第三差值得到第二控制量并将其输入所述第四减法器；
所述第四减法器，用于将所述第二控制量减去所述输出电感电流得到第四差值并将其输入所述第三PI控制器；
所述第三PI控制器，用于基于所述第四差值得到第三控制量，所述第三控制量作为所述初步PWM信号并将其输入所述第二减法器和加法器。
进一步地，在本发明所述的环路控制器中，所述充放电模式判断模块具体用于预先判断所述电池电流是否大于零，如果是，则判定当前处于充电模式，否则判定当前处于放电模式；在充电模式时实时判断最新得到的所述第一控制量是否大于预设值，如果是则判定当前切换到处于放电模式；在放电模式时实时判断最新得到的所述第一控制量是否大于预设值，如果是则判定当前切换到处于充电模式。
三方面，构造一种三电平DC-DC变换器的控制系统，包括采集模块和所述的环路控制器，所述采集模块用于实时采集飞跨电容电压、半母线电容电压、所述三电平DC-DC变换器的输出电感电流和电池电流。
四方面，构造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程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述控制方法的步骤。
五方面，构造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程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如前任一项所述控制方法的步骤。
本发明的三电平DC-DC变换器及环路控制器、系统、方法、存储介质，具有以下有益效果：本发明在连续模式下轻载运行的电感电流不确定时提供拥有容错率的控制方案，先分析充放电模式对电流方向进行一个大致的判断，然后根据充放电模式对给到开关管的PWM信号进行调整，当发现飞跨电容的电压远离半母线的时候及时调整对应开关管的PWM信号占空比，切换充放电的状态，使得三电平飞跨电容的电压一直运行在半母线附近的范围，本发明在工作模式出现异常的时候能够及时的切换方向而且不影响变化器的正常工作，确保每个开关管工作在正常的电压应力范围内。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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，还可以根据提供的附图获得其他的附图：
图1是本发明的三电平DC-DC变换器的结构示意图；
图2是三电平DC-DC变换器的控制方法的流程图；
图3是开关管占空比调整步骤的流程图；
图4是模式判断步骤的流程图；
图5是环路控制器内的环路控制模型的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
实施例一
参考图1，本发明的三电平DC-DC变换器包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4，电感L1，开关管Q1-Q4是由控制系统控制，控制系统包括采集模块和环路控制器。
第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4顺次连接于母线电容C30的正极和负极之间，所述第一开关管Q1、第二开关管Q2的连接点和第三开关管Q3和第四开关管Q4的连接点之间连接一个飞跨电容C1，第二开关管Q2和第三开关管Q3的连接点通过电感L1、滤波电容C2连接母线电容C3的负极。第一开关管Q1和第二开关管Q2交错工作，第三开关管Q3和第四开关管Q4交错工作，第一开关管Q1和第四开关管Q4互补互通，第二开关管Q2和第三开关管Q3互补互通。
其中，所述采集模块用于实时采集飞跨电容电压Vflycap、半母线电容电压Vbus/2以及输出电感电流Iind和电池电流Ibat。采集后的信息给到所述环路控制器，本发明的方法即是由所述环路控制器执行。
具体的，参考图2，所述方法包括：
S101、模式判断步骤：基于所述三电平DC-DC变换器的输出电感电流Iind和电池电流Ibat判断当前的工作模式，所述工作模式包括充电模式、放电模式；
S102、开关管占空比调整步骤：
若充电模式下所述飞跨电容C1的飞跨电容电压Vflycap大于半母线电容电压Vbus/2，则加大所述第二开关管Q2的PWM信号占空比且减小所述第一开关管Q1的PWM信号占空比；
若放电模式下所述飞跨电容电压Vflycap大于半母线电容电压Vbus/2，则减小所述第二开关管Q2的PWM信号占空比且加大所述第一开关管Q1的PWM信号占空比；
需要注意的是，步骤S102中无论第一开关管Q1、第二开关管Q2的PWM信号如何变化，第一开关管Q1和第四开关管Q4的PWM信号始终互补，第二开关管Q2和第三开关管Q3的PWM信号始终互补。
下面结合图3对步骤S102进行详细说明，步骤S102具体包括：
S1021：将参考电流Ibat_Ref减去所述电池电流Ibat得到第三差值D3，将所述第三差值D3输入PI控制器得到第二控制量Iind_Ref；
PI控制器也就是比例积分控制器，其输入就是给定信号和反馈信号的误差，积分是对误差做累加然后乘以积分系数，比例就是误差乘以比例系数，这两个加起来就是PI控制器的输出。
S1022：将所述第二控制量Iind_Ref减去所述三电平DC-DC变换器的输出电感电流Iind得到第四差值D4，将所述第四差值D4输入PI控制器得到第三控制量，所述第三控制量作为所述初步PWM信号PWM_out；
现有技术中一般是直接将初步PWM信号PWM_out作为第一开关管Q1的PWM信号Q1_PWM，将初步PWM信号PWM_out移项180度作为第二开关管Q2的PWM信号Q2_PWM，但是本发明并非如此，而是通过下面的步骤S1023-S1025对初步PWM信号PWM_out进行不同的调整从而调整开关管的PWM信号。
S1023：将实时采集的所述飞跨电容电压Vflycap减去半母线电容电压Vbus/2得到第一差值D1，将所述第一差值D1输入PI控制器得到第一控制量Fly_output；
S1024：将所述第一控制量Fly_output乘以调整因子后得到调整量M1，充电模式下所述调整因子为1，放电模式下所述调整因子为-1；
S1025：将所述初步PWM信号PWM_out加上所述调整量M1得到第一开关管Q1的PWM信号Q1_PWM，将所述初步PWM信号PWM_out减去所述调整量M1得到第二差值D1，将所述第二差值D1移项180度得到第二开关管Q2的PWM信号Q2_PWM，将第一开关管Q1的PWM信号Q1_PWM反相得到第四开关管Q4的PWM信号Q4_PWM，将第二开关管Q2的PWM信号Q2_PWM反相得到第三开关管Q3的PWM信号Q3_PWM。
参考图4，下面对步骤S101进行详细说明，步骤S101具体包括：
S1011：预先判断所述电池电流Ibat是否大于零，如果是，则判定当前处于充电模式，否则判定当前处于放电模式；
S1012：在充电模式时实时判断最新得到的所述第一控制量Fly_output是否大于预设值，如果是则判定当前切换到处于放电模式；
S1013：在放电模式时实时判断最新得到的所述第一控制量Fly_output是否大于预设值，如果是则判定当前切换到处于充电模式。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。
实施例二
本实施例是对图1中的环路控制器的具体公开。参考图5，所述环路控制器包括原始环路控制模块100和环路控制调整模块200。原始环路控制模块100。
其中，原始环路控制模块100是现有技术中的环路控制模型，用于输出PWM信号给到所述第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4。
本实施例相当于是对现有的环路控制模型进行调整改进，环路控制调整模块200是本实施例相对现有的环路控制模型的改进部分，用于对所述原始环路控制模块100的PWM信号进行调整，包括：基于所述三电平DC-DC变换器的输出电感电流Iind和电池电流Ibat判断当前的工作模式，所述工作模式包括充电模式、放电模式；在充电模式所述飞跨电容C1的飞跨电容电压Vflycap大于半母线电容电压Vbus/2时，加大所述第二开关管Q2的PWM信号占空比且减小所述第一开关管Q1的PWM信号占空比；以及在放电模式下所述飞跨电容电压Vflycap大于半母线电容电压Vbus/2时，减小所述第二开关管Q2的PWM信号占空比且加大所述飞跨电容电压Vflycap所对应的第一开关管Q1的PWM信号占空比，且第一开关管Q1和第四开关管Q4的PWM信号互补，第二开关管Q2和第三开关管Q3的PWM信号互补。
更具体的，所述原始环路控制模块100包括初步PWM信号产生模块101和移相器，所述原始环路控制模块100包括第一减法器、第一PI控制器、充放电模式判断模块、乘法器、第二减法器、加法器、第一反相器、第二反相器。
所述初步PWM信号产生模块101，用于基于实时采集的输出电感电流Iind以及电池电流Ibat得到初步PWM信号PWM_out，并将其输入所述第二减法器和加法器；
所述第一减法器，用于将实时采集的所述飞跨电容电压Vflycap减去半母线电容电压Vbus/2得到第一差值D1并将其输入所述第一PI控制器；
所述第一PI控制器，基于所述第一差值D1得到第一控制量Fly_output，并将其输入所述乘法器；
所述充放电模式判断模块，用于设置并输入调整因子到所述乘法器，在充电模式下所述调整因子为1，放电模式下所述调整因子为-1；
所述乘法器，用于将所述第一控制量Fly_output乘以调整因子后得到调整量M1，并将其输入所述第二减法器和加法器；
所述加法器，用于将所述初步PWM信号PWM_out加上所述调整量M1得到第一开关管Q1的PWM信号Q1_PWM；
所述第二减法器，用于将所述初步PWM信号PWM_out减去所述调整量M1得到第二差值D1并将其输入所述移相器；
所述移相器，用于将所述第二差值D1移项180度得到第二开关管Q2的PWM信号Q2_PWM；
所述第一反相器，用于将第一开关管Q1的PWM信号Q1_PWM反相得到第四开关管Q4的PWM信号Q4_PWM；
所述第二反相器，用于将第二开关管Q2的PWM信号Q2_PWM反相得到第三开关管Q3的PWM信号Q3_PWM。
进一步地，所述初步PWM信号产生模块具体包括第三减法器、第四减法器、第二PI控制器、第三PI控制器。
所述第三减法器，用于将参考电流Ibat_Ref减去所述电池电流Ibat得到第三差值D3并将其输入所述第二PI控制器；
所述第二PI控制器，用于基于所述第三差值D3得到第二控制量Iind_Ref并将其输入所述第四减法器；
所述第四减法器，用于将所述第二控制量Iind_Ref减去所述输出电感电流Iind得到第四差值D4并将其输入所述第三PI控制器；
所述第三PI控制器，用于基于所述第四差值D4得到第三控制量，所述第三控制量作为所述初步PWM信号PWM_out并将其输入所述第二减法器和加法器。
进一步地，所述充放电模式判断模块具体用于预先判断所述电池电流Ibat是否大于零，如果是，则判定当前处于充电模式，否则判定当前处于放电模式；在充电模式时实时判断最新得到的所述第一控制量Fly_output是否大于预设值，如果是则判定当前切换到处于放电模式；在放电模式时实时判断最新得到的所述第一控制量Fly_output是否大于预设值，如果是则判定当前切换到处于充电模式。
实施例三
参考图1，本实施例是对图1中的三电平DCDC变换器的控制系统的具体公开，该系统包括采集模块和如实施例二所述的环路控制器，所述采集模块用于实时采集飞跨电容电压Vflycap、半母线电容电压Vbus/2、输出电感电流Iind和电池电流Ibat。
具体的，所述采集模块具体包括：
飞跨电容电压采集模块，连接于飞跨电容C1的两端，用于实时采集飞跨电容C1两端的飞跨电容电压Vflycap。
母线电容电压采集模块，连接于母线电容C3的两端，用于采集母线电容电压Vbus，进而得到半母线电容电压Vbus/2；
输出电感电流采集模块，与电感L1串联，用于采集所述三电平DC-DC变换器的输出电感电流Iind；
电池电流采集模块，与电池端连接，用于采集所述三电平DC-DC变换器经滤波后的电池电流Ibat。
上述的电压采样模块、电流采样模块可以基于传统的采样技术实现，此处不作拓展。
实施例四
本实施例是公开的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程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如实施例一所述控制方法的步骤，具体实现过程参考实施例一，此处不再赘述。
综上所述，本发明的三电平DCDC变换器的环路控制器、系统、方法、存储介质，具有以下有益效果：本发明在连续模式下轻载运行的电感电流不确定时提供拥有容错率的控制方案，先分析充放电模式对电流方向进行一个大致的判断，然后根据充放电模式对给到开关管的PWM信号进行调整，当发现飞跨电容的电压远离半母线的时候及时调整对应开关管的PWM信号占空比，切换充放电的状态，使得三电平飞跨电容的电压一直运行在半母线附近的范围，本发明在工作模式出现异常的时候能够及时的切换方向而且不影响变化器的正常工作，确保每个开关管工作在正常的电压应力范围内。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明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，不是旨在于限制本发明。
本说明书中使用的“第一”、“第二”等包含序数的术语可用于说明各种构成要素，但是这些构成要素不受这些术语的限定。使用这些术语的目的仅在于将一个构成要素区别于其他构成要素。例如，在不脱离本发明的权利范围的前提下，第一构成要素可被命名为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以被命名为第一构成要素。所述“相连”或“连接”，不仅仅包括将两个实体直接相连，也包括通过具有有益改善效果的其他实体间接相连。
上述描述涉及各种模块。这些模块通常包括硬件和/或硬件与软件的组合(例如固化软件)。需要指出的是，上文对各种模块的描述中，分割成这些模块，是为了说明清楚。然而，在实际实施中，各种模块的界限可以是模糊的。例如，本文中的任意或所有功能性模块可以共享各种硬件和/或软件元件。又例如，本文中的任何和/或所有功能模块可以由共有的处理器执行软件指令来全部或部分实施。另外，由一个或多个处理器执行的各种软件子模块可以在各种软件模块间共享。相应地，除非明确要求，本发明的范围不受各种硬件和/或软件元件间强制性界限的限制。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种三电平DC-DC变换器的控制方法，所述三电平DC-DC变换器包括顺次连接于母线电容(C3)的正极和负极之间的第一开关管(Q1)、第二开关管(Q2)、第三开关管(Q3)和第四开关管(Q4)，所述第一开关管(Q1)、第二开关管(Q2)的连接点和第三开关管(Q3)和第四开关管(Q4)的连接点之间连接一个所述飞跨电容(C1)，其特征在于，所述方法包括：
模式判断步骤：基于所述三电平DC-DC变换器的输出电感电流(Iind)和所述三电平DC-DC变换器经滤波后的电池电流(Ibat)判断当前的工作模式，所述工作模式包括充电模式、放电模式；
开关管占空比调整步骤：若充电模式下所述飞跨电容(C1)的飞跨电容电压(Vflycap)大于半母线电容电压(Vbus/2)，则加大所述第二开关管(Q2)的PWM信号占空比且减小所述第一开关管(Q1)的PWM信号占空比；若放电模式下所述飞跨电容电压(Vflycap)大于半母线电容电压(Vbus/2)，则减小所述第二开关管(Q2)的PWM信号占空比且加大所述第一开关管(Q1)的PWM信号占空比；
其中，第一开关管(Q1)和第四开关管(Q4)的PWM信号互补，第二开关管(Q2)和第三开关管(Q3)的PWM信号互补。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述开关管占空比调整步骤具体包括：
基于实时采集的所述输出电感电流(Iind)以及电池电流(Ibat)得到初步PWM信号(PWM_out)；
将实时采集的飞跨电容电压(Vflycap)减去半母线电容电压(Vbus/2)得到第一差值(D1)，将所述第一差值(D1)输入PI控制器得到第一控制量(Fly_output)；
将所述第一控制量(Fly_output)乘以调整因子后得到调整量(M1)，充电模式下所述调整因子为1，放电模式下所述调整因子为-1；
将所述初步PWM信号(PWM_out)加上所述调整量(M1)得到第一开关管(Q1)的PWM信号(Q1_PWM)；
将所述初步PWM信号(PWM_out)减去所述调整量(M1)得到第二差值(D1)，将所述第二差值(D1)移项180度得到第二开关管(Q2)的PWM信号(Q2_PWM)。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，基于实时采集的所述输出电感电流(Iind)以及电池电流(Ibat)得到初步PWM信号(PWM_out)，具体包括：
将参考电流(Ibat_Ref)减去所述电池电流(Ibat)得到第三差值(D3)，将所述第三差值(D3)输入PI控制器得到第二控制量(Iind_Ref)；
将所述第二控制量(Iind_Ref)减去所述输出电感电流(Iind)得到第四差值(D4)，将所述第四差值(D4)输入PI控制器得到第三控制量，所述第三控制量作为所述初步PWM信号(PWM_out)。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述模式判断步骤具体包括：
预先判断所述电池电流(Ibat)是否大于零，如果是，则判定当前处于充电模式，否则判定当前处于放电模式；
在充电模式时实时判断最新得到的所述第一控制量(Fly_output)是否大于预设值，如果是则判定当前切换到处于放电模式；
在放电模式时实时判断最新得到的所述第一控制量(Fly_output)是否大于预设值，如果是则判定当前切换到处于充电模式。
5.一种三电平DC-DC变换器的环路控制器，所述三电平DC-DC变换器包括顺次连接于母线电容(C3)的正极和负极之间的第一开关管(Q1)、第二开关管(Q2)、第三开关管(Q3)和第四开关管(Q4)，所述第一开关管(Q1)、第二开关管(Q2)的连接点和第三开关管(Q3)和第四开关管(Q4)的连接点之间连接一个所述飞跨电容(C1)，其特征在于，所述环路控制器包括：
原始环路控制模块(100)，用于输出PWM信号给到所述第一开关管(Q1)、第二开关管(Q2)、第三开关管(Q3)和第四开关管(Q4)；
环路控制调整模块(200)，用于对所述原始环路控制模块(100)的PWM信号进行调整，包括：基于所述三电平DC-DC变换器的输出电感电流(Iind)和所述三电平DC-DC变换器经滤波后的电池电流(Ibat)判断当前的工作模式，所述工作模式包括充电模式、放电模式；在充电模式所述飞跨电容(C1)的飞跨电容电压(Vflycap)大于半母线电容电压(Vbus/2)时，加大所述第二开关管(Q2)的PWM信号占空比且减小所述第一开关管(Q1)的PWM信号占空比；以及在放电模式下所述飞跨电容电压(Vflycap)大于半母线电容电压(Vbus/2)时，减小所述第二开关管(Q2)的PWM信号占空比且加大所述飞跨电容电压(Vflycap)所对应的第一开关管(Q1)的PWM信号占空比，且第一开关管(Q1)和第四开关管(Q4)的PWM信号互补，第二开关管(Q2)和第三开关管(Q3)的PWM信号互补。
6.根据权利要求5所述的环路控制器，其特征在于，所述原始环路控制模块(100)包括初步PWM信号产生模块(101)和移相器，所述原始环路控制模块(100)包括第一减法器、第一PI控制器、充放电模式判断模块、乘法器、第二减法器、加法器、第一反相器、第二反相器；
所述初步PWM信号产生模块(101)，用于基于实时采集的所述输出电感电流(Iind)以及电池电流(Ibat)得到初步PWM信号(PWM_out)，并将其输入所述第二减法器和加法器；
所述第一减法器，用于将实时采集的所述飞跨电容电压(Vflycap)减去半母线电容电压(Vbus/2)得到第一差值(D1)并将其输入所述第一PI控制器；
所述第一PI控制器，基于所述第一差值(D1)得到第一控制量(Fly_output)，并将其输入所述乘法器；
所述充放电模式判断模块，用于设置并输入调整因子到所述乘法器，在充电模式下所述调整因子为1，放电模式下所述调整因子为-1；
所述乘法器，用于将所述第一控制量(Fly_output)乘以调整因子后得到调整量(M1)，并将其输入所述第二减法器和加法器；
所述加法器，用于将所述初步PWM信号(PWM_out)加上所述调整量(M1)得到第一开关管(Q1)的PWM信号(Q1_PWM)；
所述第二减法器，用于将所述初步PWM信号(PWM_out)减去所述调整量(M1)得到第二差值(D1)并将其输入所述移相器；
所述移相器，用于将所述第二差值(D1)移项180度得到第二开关管(Q2)的PWM信号(Q2_PWM)；
所述第一反相器，用于将第一开关管(Q1)的PWM信号(Q1_PWM)反相得到第四开关管(Q4)的PWM信号(Q4_PWM)；
所述第二反相器，用于将第二开关管(Q2)的PWM信号(Q2_PWM)反相得到第三开关管(Q3)的PWM信号(Q3_PWM)。
7.根据权利要求6所述的环路控制器，其特征在于，所述初步PWM信号产生模块具体包括第三减法器、第四减法器、第二PI控制器、第三PI控制器
所述第三减法器，用于将参考电流(Ibat_Ref)减去所述电池电流(Ibat)得到第三差值(D3)并将其输入所述第二PI控制器；
所述第二PI控制器，用于基于所述第三差值(D3)得到第二控制量(Iind_Ref)并将其输入所述第四减法器；
所述第四减法器，用于将所述第二控制量(Iind_Ref)减去所述输出电感电流(Iind)得到第四差值(D4)并将其输入所述第三PI控制器；
所述第三PI控制器，用于基于所述第四差值(D4)得到第三控制量，所述第三控制量作为所述初步PWM信号(PWM_out)并将其输入所述第二减法器和加法器。
8.根据权利要求6所述的环路控制器，其特征在于，所述充放电模式判断模块具体用于预先判断所述电池电流(Ibat)是否大于零，如果是，则判定当前处于充电模式，否则判定当前处于放电模式；在充电模式时实时判断最新得到的所述第一控制量(Fly_output)是否大于预设值，如果是则判定当前切换到处于放电模式；在放电模式时实时判断最新得到的所述第一控制量(Fly_output)是否大于预设值，如果是则判定当前切换到处于充电模式。
9.一种三电平DC-DC变换器的控制系统，其特征在于，包括采集模块和如权利要求5-8任一项所述的环路控制器，所述采集模块用于实时采集飞跨电容电压(Vflycap)、半母线电容电压(Vbus/2)、所述三电平DC-DC变换器的输出电感电流(Iind)和电池电流(Ibat)。
10.一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程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上的权利要求1至4中任一项所述控制方法的步骤。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117277793A (zh) * 2023-11-22 2023-12-22 通号（长沙）轨道交通控制技术有限公司 电源系统及dc/dc变换器控制方法与控制装置
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