CN117805690B - 双有源桥拓扑隔离变压器极性反接的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了双有源桥拓扑隔离变压器极性反接的检测方法，具体按照以下步骤实施：确定双有源桥开关管的发波时长tPWM，并计算电感电流峰值△i；原边功率变换单元得电稳定后，给副边功率变换单元软起充电；当副边电压Vo的值等于Vi/n‑△V时，给原边功率变换单元中的功率管持续时长为tPWM的驱动信号，检测电感L的电流方向D1；当副边电压Vo的值等于Vi/n+△V时，给副边功率变换单元中的功率管持续时长为tPWM的驱动信号，检测电感L的电流方向D2；根据步骤三中的功率管型号和所测电感L的电流方向判断得到原副边功率端子极性是否反接的结论。双有源桥拓扑隔离变压器极性反接的检测方法，具有对双有源桥拓扑隔离变压器极性反接的检测简单快捷实现的特点。
Description
技术领域
本发明属于变压器检测技术领域，涉及双有源桥拓扑隔离变压器极性反接的检测方法。
背景技术
近年来随着经济的稳步发展，电力供应缺口与人们对电力的需求增长之间的矛盾越来越明显。供电可靠性及电能质量一直是用户和供电部门密切关注的问题，在电网中，变压器是电能转换的最基本单元，但常规变压器难以为供电可靠性的提高和电能质量的改善做贡献。电力电子变压器（Power Electronic Transformer, PET）作为一种新型的输配电设备，它实现了常规电力变压器的功能同时，可以实现对原副边电压和电流的灵活控制及形式转换，具备主动控制电能质量，调节电力潮流的功能。在新能源大规模并网，电网电力电子设备渗透率提升的背景下提高电力系统稳定性、提高配电网节点智能化具有重要意义，有极好的应用前景，可提供较大的经济效益和社会效益。
电力电子变压器是一种通过电力电子技术实现电能形式和电压等级变换的高度集成电力设备。该设备通常包含变压器原边功率变换单元，隔离变压器及变压器副边功率变换单元。原副边功率变换单元具有多种拓扑形式：两电平、三电平、双有源桥（DAB）和谐振变换器（LLC）。双有源桥拓扑结构具有结构简单，功率密度高、软开关容易实现、双向功率传输和模块化结构等优点，较适合用于电力电子变压器场景。双有源桥拓扑结构包含原边变换器，隔离变压器和副边变换器；通过原副边变换器输出电压波形，并在原副边输出波形之间形成移相角来实现原副边的功率传送。在工程实践中，隔离变压器两端的功率变换单元正负极要求按照同名端连接，否则进入工作状态后会因原副边电压极性反接导致原副边之间的压差过大，引起电感电流陡增，开关管过流失效或变压器电感饱和。除了装配过程中人工检查，目前没有更好的检测防错的方法，在实际中仍存在错接的风险。
综上所述，现有技术中存在双有源桥拓扑隔离变压器极性反接的检测难以简单快捷实现的问题。
发明内容
本发明的目的是提供双有源桥拓扑隔离变压器极性反接的检测方法，具有对双有源桥拓扑隔离变压器极性反接的检测简单快捷的特点。
本发明所采用的技术方案是，双有源桥拓扑隔离变压器极性反接的检测方法，具体按照以下步骤实施： 步骤一：确定双有源桥开关管的发波时长tPWM，并计算电感电流峰值△i；步骤二：原边功率变换单元得电，原边功率变换单元得电稳定后，给副边功率变换单元软起充电；步骤三：当副边电压Vo的值等于Vi/n-△V时，给原边功率变换单元中的功率管持续时长为tPWM的驱动信号，检测电感L的电流方向D1，正向为1，负向为0，Vi为原边电压，△V为原副边电压差，n为变压器原副边变比；当副边电压Vo的值等于Vi/n+△V时，给副边功率变换单元中的功率管持续时长为tPWM的驱动信号，检测电感L的电流方向D2，正向为1，负向为0；步骤四：根据步骤三中的功率管型号和所测电感L的电流方向判断原副边功率端子极性是否反接。
本发明的特点还在于：
步骤一中确定双有源桥开关管的发波时长tPWM，且tPWM＞5/fsample，fsample为电流采样速率，并计算电感电流峰值△i=（tPWM×△V）/L＞10A，L为电感值，△V为原副边电压差；
步骤四中原边功率变换单元收到驱动信号的为功率管S1、功率管S4，检测到电感L的电流方向D1为1；副边功率变换单元中收到驱动信号的为功率管Q1、功率管Q4，检测到电感L的电流方向D2为0，原副边功率端子极性没有反接。
步骤四中原边功率变换单元收到驱动信号的为功率管S1、功率管S4，检测到电感L的电流方向D1为1；副边功率变换单元中收到驱动信号的为功率管Q1、功率管Q4，检测到电感L的电流方向D2为1，原副边功率端子极性反接。
步骤四中原边功率变换单元收到驱动信号的为功率管S2、功率管S3，检测到电感L的电流方向D1为0；副边功率变换单元中收到驱动信号的为功率管Q2、功率管Q3，检测到电感L的电流方向D2为0，原副边功率端子极性反接。
步骤四中原边功率变换单元收到驱动信号的为功率管S2、功率管S3，检测到电感L的电流方向D1为0；副边功率变换单元中收到驱动信号的为功率管Q2、功率管Q3，检测到电感L的电流方向D2为1，原副边功率端子极性没有反接。
本发明的有益效果是：本发明检测方法在检测时作为自检程序嵌入到软件系统中上电运行，在软起过程中简单快捷的对双有源桥拓扑隔离变压器原副边功率端子是否存在极性反接实现检测，提前识别极性反接风险，有效规避极性反接导致模块过流烧毁开关管及变压器等危险事件的发生。
附图说明
图1是本发明双有源桥拓扑隔离变压器极性反接的检测方法的流程图；
图2是本发明双有源桥拓扑隔离变压器极性反接的检测方法中第一种双有源桥拓扑结构示意图；
图3是本发明双有源桥拓扑隔离变压器极性反接的检测方法中第二种双有源桥拓扑结构示意图；
图4是本发明双有源桥拓扑隔离变压器极性反接的检测方法中第三种双有源桥拓扑结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明双有源桥拓扑隔离变压器极性反接的检测方法，如图1所示，具体按照以下步骤实施：
步骤一：确定双有源桥开关管的发波时长tPWM，且tPWM＞5/fsample，fsample为电流采样速率，并计算电感电流峰值△i=（tPWM×△V）/L＞10A，其中L为电感值，△V为原副边电压差；
步骤二：原边功率变换单元得电，原边功率变换单元得电稳定后，给副边功率变换单元软起充电；
步骤三：当副边电压Vo的值等于Vi/n-△V时，给原边功率变换单元中的功率管持续时长为tPWM的驱动信号，检测电感L的电流方向D1，正向为1，负向为0，其中Vi为原边电压，n为变压器原副边变比；当副边电压Vo的值等于Vi/n+△V时，给副边功率变换单元中的功率管持续时长为tPWM的驱动信号，检测电感L的电流方向D2，正向为1，负向为0；
步骤四：根据步骤三中的功率管型号和所测电感L的电流方向判断原副边功率端子极性是否反接：
原边功率变换单元收到驱动信号的为功率管S1、功率管S4，检测到电感L的电流方向D1为1；副边功率变换单元中收到驱动信号的为功率管Q1、功率管Q4，检测到电感L的电流方向D2为0，原副边功率端子极性没有反接；
原边功率变换单元收到驱动信号的为功率管S1、功率管S4，检测到电感L的电流方向D1为1；副边功率变换单元中收到驱动信号的为功率管Q1、功率管Q4，检测到电感L的电流方向D2为1，原副边功率端子极性反接；
原边功率变换单元收到驱动信号的为功率管S2、功率管S3，检测到电感L的电流方向D1为0；副边功率变换单元中收到驱动信号的为功率管Q2、功率管Q3，检测到电感L的电流方向D2为0，原副边功率端子极性反接；
原边功率变换单元收到驱动信号的为功率管S2、功率管S3，检测到电感L的电流方向D1为0；副边功率变换单元中收到驱动信号的为功率管Q2、功率管Q3，检测到电感L的电流方向D2为1，原副边功率端子极性没有反接。
在实际工作中，双有源桥拓扑隔离变压器往往先给原副边一侧供电，并通过充电的方式给另一侧软起，软起的过程一般为已带电的部分通过该侧桥臂开关管发小脉宽PWM波，给隔离变压器另一侧功率单元进行不控整流充电，逐步将副边的电压充至额定工作电压，再切换到正常运行模式；正常运行模式要求原副边按照调制方式发波，若隔离变压器原副边正负极端子反接，切入正常运行模式发波后会导致电感两端电压过大，使得电流陡增，出现电感饱和或功率开关管过流。本申请提出的双有源桥拓扑隔离变压器极性反接的检测方法在软起过程中检测DAB原副边功率端子的连接情况，可以提前识别反接风险。
实施例1
如图1及图2所示，本实施例提出了双有源桥拓扑隔离变压器极性反接的检测方法，具体按照以下步骤实施： 步骤一：确定双有源桥开关管的发波时长tPWM，并计算电感电流峰值△i；步骤二：原边功率变换单元得电，原边功率变换单元得电稳定后，给副边功率变换单元软起充电；步骤三：当副边电压Vo的值等于Vi/n-△V时，给原边功率变换单元中的功率管持续时长为tPWM的驱动信号，检测电感L的电流方向D1，正向为1，负向为0，其中Vi为原边电压，△V为原副边电压差，n为变压器原副边变比；当副边电压Vo的值等于Vi/n+△V时，给副边功率变换单元中的功率管持续时长为tPWM的驱动信号，检测电感L的电流方向D2，正向为1，负向为0；步骤四：根据步骤三中的功率管型号和所测电感L的电流方向判断原副边功率端子极性是否反接。
实施例2
如图1及图3所示，本实施例提出了双有源桥拓扑隔离变压器极性反接的检测方法，具体按照以下步骤实施：步骤一：确定双有源桥开关管的发波时长tPWM，且tPWM＞5/fsample，fsample为电流采样速率，并计算电感电流峰值△i=（tPWM×△V）/L＞10A，L为电感值，△V为原副边电压差；
步骤二：原边功率变换单元得电，原边功率变换单元得电稳定后，给副边功率变换单元软起充电；
步骤三：当副边电压Vo的值等于Vi/n-△V时，给原边功率变换单元中的功率管持续时长为tPWM的驱动信号，检测电感L的电流方向D1，正向为1，负向为0，其中Vi为原边电压，n为变压器原副边变比；当副边电压Vo的值等于Vi/n+△V时，给副边功率变换单元中的功率管持续时长为tPWM的驱动信号，检测电感L的电流方向D2，正向为1，负向为0；
步骤四：根据步骤三中的功率管型号和所测电感L的电流方向判断原副边功率端子极性是否反接。
实施例3
如图1及图4所示，本实施例提出了双有源桥拓扑隔离变压器极性反接的检测方法，具体按照以下步骤实施：
步骤一：确定双有源桥开关管的发波时长tPWM，且tPWM＞5/fsample，fsample为电流采样速率，并计算电感电流峰值△i=（tPWM×△V）/L＞10A，L为电感值，△V为原副边电压差；
步骤二：原边功率变换单元得电，原边功率变换单元得电稳定后，给副边功率变换单元软起充电；
步骤三：当副边电压Vo的值等于Vi/n-△V时，给原边功率变换单元中的功率管持续时长为tPWM的驱动信号，检测电感L的电流方向D1，正向为1，负向为0，其中Vi为原边电压，n为变压器原副边变比；当副边电压Vo的值等于Vi/n+△V时，给副边功率变换单元中的功率管持续时长为tPWM的驱动信号，检测电感L的电流方向D2，正向为1，负向为0；
步骤四：根据步骤三中的功率管型号和所测电感L的电流方向判断原副边功率端子极性是否反接：
原边功率变换单元收到驱动信号的为功率管S1、功率管S4，检测到电感L的电流方向D1为1；副边功率变换单元中收到驱动信号的为功率管Q1、功率管Q4，检测到电感L的电流方向D2为0，原副边功率端子极性没有反接；
原边功率变换单元收到驱动信号的为功率管S1、功率管S4，检测到电感L的电流方向D1为1；副边功率变换单元中收到驱动信号的为功率管Q1、功率管Q4，检测到电感L的电流方向D2为1，原副边功率端子极性反接；
原边功率变换单元收到驱动信号的为功率管S2、功率管S3，检测到电感L的电流方向D1为0；副边功率变换单元中收到驱动信号的为功率管Q2、功率管Q3，检测到电感L的电流方向D2为0，原副边功率端子极性反接；
原边功率变换单元收到驱动信号的为功率管S2、功率管S3，检测到电感L的电流方向D1为0；副边功率变换单元中收到驱动信号的为功率管Q2、功率管Q3，检测到电感L的电流方向D2为1，原副边功率端子极性没有反接。
Claims (3)
1.双有源桥拓扑隔离变压器极性反接的检测方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤一：确定双有源桥开关管的发波时长tPWM，并计算电感电流峰值△i；步骤一中确定双有源桥开关管的发波时长tPWM，且tPWM＞5/fsample，fsample为电流采样速率，并计算电感电流峰值△i=（tPWM×△V）/L＞10A，L为电感值；
步骤二：原边功率变换单元得电，原边功率变换单元得电稳定后，给副边功率变换单元软起充电；步骤三：当副边电压Vo的值等于Vi /n-△V时，给原边功率变换单元中的功率管持续时长为tPWM的驱动信号，检测电感L的电流方向D1，正向为1，负向为0；其中Vi为原边电压，△V为原副边电压差，n为变压器原副边变比；当副边电压Vo的值等于Vi/n+△V时，给副边功率变换单元中的功率管持续时长为tPWM的驱动信号，检测电感L的电流方向D2，正向为1，负向为0；步骤四：根据步骤三中的原边功率变换单元收到驱动信号的功率管序号、副边功率变换单元中收到驱动信号的功率管序号和所测电感L的电流方向判断原副边功率端子极性是否反接。
2.根据权利要求1所述的双有源桥拓扑隔离变压器极性反接的检测方法，其特征在于，所述原边功率变换单元的电路结构为：所述功率管S1、功率管S2、功率管S3、功率管S4顺序串联后与两个串联的电容并联连接，所述功率管S2、功率管S3的连接点和两个电容之间的连接点连接，所述功率管S1与功率管S2之间的连接点和功率管S3与功率管S4之间的连接点之间连接有一个电感、一个电容和隔离变压器的原边绕组；所述副边功率变换单元的电路结构为：所述功率管Q1、功率管Q2串联，所述功率管Q3、功率管Q4串联，并分别与同一电容并联连接，所述功率管Q1、功率管Q2之间的连接点和所述功率管Q3、功率管Q4的连接点之间连接有隔离变压器的副边绕组。
3.根据权利要求2所述的双有源桥拓扑隔离变压器极性反接的检测方法，其特征在于，所述步骤四中原边功率变换单元收到驱动信号的为功率管S1、功率管S4，检测到电感L的电流方向D1为1；副边功率变换单元中收到驱动信号的为功率管Q1、功率管Q4，检测到电感L的电流方向D2为0，原副边功率端子极性没有反接；
所述步骤四中原边功率变换单元收到驱动信号的为功率管S1、功率管S4，检测到电感L的电流方向D1为1；副边功率变换单元中收到驱动信号的为功率管Q1、功率管Q4，检测到电感L的电流方向D2为1，原副边功率端子极性反接；
所述步骤四中原边功率变换单元收到驱动信号的为功率管S2、功率管S3，检测到电感L的电流方向D1为0；副边功率变换单元中收到驱动信号的为功率管Q2、功率管Q3，检测到电感L的电流方向D2为0，原副边功率端子极性反接；
所述步骤四中原边功率变换单元收到驱动信号的为功率管S2、功率管S3，检测到电感L的电流方向D1为0；副边功率变换单元中收到驱动信号的为功率管Q2、功率管Q3，检测到电感L的电流方向D2为1，原副边功率端子极性没有反接。
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