CN207518478U - 交错并联双向dc/dc变换器及其均流装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种交错并联双向DC/DC变换器及其均流装置。其中所述均流装置包括：电压采样电路、电流采样电路以及控制单元；所述电压采样电路用于采集所述交错并联双向DC/DC变换器的输出电压；所述电流采样电路用于采集所述交错并联双向DC/DC变换器的各支路的总电流；以及所述控制单元用于根据所述输出电压以及所述总电流重构所述各支路的支路电流，并闭环调整该各支路的输出占空比，以实现所述各支路的支路电流的闭环均流。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种交错并联双向 DC/DC变换器及其均流装置。
背景技术
双向DC/DC变换器具有能量双向流动、控制方法简单、拓扑结构紧凑等优点,使其具有广阔的应用前景。特别是在大功率电源系统中的广泛使用，使得交错并联技术得到了快速的发展。交错并联技术因其具有低电流纹波、易于电磁干扰设计、动态响应快等特点而常被应用于一些电流较大的场合。
现有技术中，对于交错并联双向DC/DC变换器来说，由于其中的器件的差异性，各模块电感电流不能自动均流，需外加辅助硬件进行均流处理，而均流处理通常需获取每个支路的电流信息才能实现。如此则使得电路系统的结构复杂，成本较高。因此，有必要提供一种简化的均流装置的设计方案，使得能够降低系统的成本。
实用新型内容
有鉴于此,本实用新型提供一种交错并联双向DC/DC变换器及其均流装置,所述均流装置利用必需的微控制器数字处理通过算法重构每个电感支路的电流，实现电感电流自动均流，从而无需辅助硬件，且无需测试各个支路电流,由此简化了系统的构成并降低了系统的成本。
根据本实用新型的第一方面，提供一种交错并联双向DC/DC变换器的均流装置，包括：
电压采样电路、电流采样电路以及控制单元；
所述电压采样电路用于采集所述交错并联双向DC/DC变换器的输出电压；
所述电流采样电路用于采集所述交错并联双向DC/DC变换器的各支路的总电流；以及
所述控制单元用于根据所述输出电压以及所述总电流重构所述各支路的支路电流，并闭环调整该各支路的输出占空比，以实现所述各支路的支路电流的闭环均流。
进一步优选地，所述交错并联双向DC/DC变换器包括多个功率器件桥臂以及一端连接在各桥臂的中点的多个电感；
所述电压采样电路连接所述多个电感的另一端以采集所述输出电压。
进一步优选地，所述交错并联双向DC/DC变换器中设置有采样电阻，所述电流采样电路连接在所述采样电阻两端以采集所述总电流。
进一步优选地，控制单元为所述交错并联双向DC/DC变换器的控制用微处理器。
进一步优选地，所述控制单元包括支路电流重构模块以及均流处理模块；
所述支路电流重构模块用于根据各支路作用脉冲中点从所述总电流提取各个支路电流，并获取所述作用脉冲的中点的电流值，将该电流值除以n从而重构获得各支路的电流值，n为所述交错并联双向DC/DC变换器的相数；
所述均流处理模块利用定电压控制实现均流处理。
进一步优选地，所述定电压控制包括：
将所述输出电压与参考电压作差得到误差电压，通过PI调节器调整该误差电压并输出得到总电流参考值；
将该总电流参考值除以n得到所述各支路的参考电流；
将各支路的参考电流分别与所述重构的各支路电流作差，得到电流控制误差；以及
利用PI调节器减小所述电流控制误差，并闭环调整该各支路的输出占空比，以实现均流处理。
进一步优选地，所述控制单元还包括PWM控制模块，利用所述均流处理模块获得的控制信号控制所述交错并联双向DC/DC变换器的功率器件。
进一步优选地，所述控制单元还包括AD采样模块；
所述AD采样模块用于对所述电流采样电路和所述电压采样电路采集到总电流和所述输出电压进行AD采样。
进一步优选地，设所述交错并联双向DC/DC变换器为两相交错并联双向DC/DC变换器，且包括第一支路和第二支路；所述支路电流重构模块用于：
根据所述电流采样电路获取的所述总电流判断时钟计数是否在第一支路的作用脉冲的中点，并获取在时钟计数到达第一支路的中点时的所述总电流的值，除以2以重构出第一支路的电流；以及
延时半个开关周期并在计数达到第二支路的作用脉冲的中点时获取当前的所述总电流的值，除以2以重构出第二支路的电流。
进一步优选地，所述交错并联双向DC/DC变换器为三相以上的交错并联双向DC/DC变换器。
根据本实用新型的第二方面，提供一种交错并联双向DC/DC变换器，包括：如上述任一项所述的均流装置。
根据本实用新型的上述方案，所述均流装置只需测试所述各支路的总电流，通过算法重构所述各支路的支路电流并进一步实现均流，从而所述均流装置无需辅助硬件，简化了系统构成并降低了成本。
以下结合附图及具体实施方式对本实用新型的技术方案做进一步详细的描述，本实用新型的有益效果将进一步明确。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
图1示出了根据本实用新型一优选实施例的交错并联双向DC/DC变换器及其均流装置的结构框图。
图2示出了根据本实用新型一优选实施例的所述均流装置的具体构成的结构框图。
图3示出了图1、2所示的交错并联双向DC/DC变换器中各支路的电流和作用脉冲波形。
图4示出了本实用新型一优选实施例的所述支路电流重构模块利用总电流重构各支路电流的流程图。
图5示出了本实用新型一优选实施例的均流处理模块的具体构成的框图。
图6示出了将本实用新型的所述均流装置应用于多相，例如为n相交错并联双向DC/DC变换器时的定电压控制的均流处理模块的结构框图。
图7示出了根据本实用新型另一优选实施方式的交错并联双向DC/DC变换器的均流方法。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
首先结合图1、图2描述根据本实用新型一优选实施例的所述交错并联双向DC/DC变换器的均流装置。图1示出了根据本实用新型一优选实施例的交错并联双向DC/DC变换器及其均流装置的结构框图。图2示出了根据本实用新型一优选实施例的所述均流装置的具体构成的结构框图。
如图1所示，所述均流装置EQ包括:电压采样电路1、电流采样电路2以及控制单元3。所述电压采样电路1用于采集所述交错并联双向 DC/DC变换器的输出电压，所述电流采样电路2用于采集所述交错并联双向DC/DC变换器的各支路的总电流，以及所述控制单元3用于根据所述输出电压以及所述总电流重构所述各支路的支路电流，并闭环调整该各支路的输出占空比，以实现所述各支路的支路电流的闭环均流。
根据本实用新型的上述方案，所述均流装置只需测试所述各支路的总电流，通过算法重构所述各支路的支路电流并进一步实现均流，从而所述均流装置无需辅助硬件，简化了系统构成并降低了成本。
以下结合图1、2对本实用新型的所述交错并联双向DC/DC变换器及其均流装置的各部分逐一进行描述。需要说明的是，为描述方便下面以两相交错并联双向DC/DC变换器及其均流装置进行说明，但本实用新型的方案显然不限于应用于两相交错并联双向DC/DC变换器，还可以应用于三相以上的多相交错并联双向DC/DC变换器。
如图1、2所示，所述两相交错并联双向DC/DC变换器包括Q1Q2、 Q3Q4构成的桥臂，第一电感L1和第二电感L2的一端分别连接在两桥臂的中点。Q1与Q3、Q2与Q4的输出电流存在180°的相位差。
所述电压采样电路1，例如为差分电压采样电路，用于采集所述交错并联双向DC/DC变换器的输出电压。具体地，该差分电压采样电路1 连接在所述第一电感L1和第二电感L2的另一端，采用差分方式采集所述输出电压。
所述电流采样电路2用于采集所述交错并联双向DC/DC变换器的各支路的总电流。具体地，在所述交错并联双向DC/DC变换器的两桥臂的交点，例如Q2、Q4交点连接采样电阻的一端，所述电流采样电路连接采样电阻的两端，从而对所述各支路的总电路进行采样。但需要指出的是，本实用新型也可不限于此，只要能采集到所述变换器中的各支路总电流即可。
所述控制单元3用于根据所述输出电压和所述总电流重构所述各支路的支路电流，并闭环调整该各支路的输出占空比，以实现所述各支路的支路电流的闭环均流。控制单元3可以借用双向DC/DC变换器的控制用微处理器。在本实用新型的一优选实施例中，所述控制单元包括支路电流重构模块以及均流处理模块；所述支路电流重构模块用于根据所述总电流判断时钟计数是否在所述各支路的作用脉冲的中点，并获取时钟计数在所述作用脉冲的中点的电流值，将该电流值除以n从而重构获得各支路的电流值，其中，n为交错并联双向DC/DC变换器的相数，例如，在图1所示的实施例中，所述交错并联双向DC/DC变换器为两相电路，即n为2。所述均流处理模块利用定电压控制实现均流处理。
具体地，所述定电压控制包括：将所述输出电压与参考电压作差得到误差电压，通过PI调节器调整该误差电压并输出得到总电流参考值；将该总电流参考值除以n得到所述各个支路的参考电流；将各支路的参考电流分别与所述重构的各支路电流作差，得到电流控制误差；以及利用PI调节器减小所述电流控制误差，并闭环调整该各支路的输出占空比，以实现所述均流处理。
在本实用新型的另一优选实施例中，所述控制单元进一步包括PWM 控制模块，利用所述均流处理模块获得的控制信号控制所述交错并联双向DC/DC变换器的功率器件。
以及在另一优选实施例中，所述控制单元进一步包括AD采样模块；所述AD采样模块用于对所述电流采样电路和所述电压采样电路采集到总电流和输出电压进行AD采样。
图2示出了根据本实用新型一优选实施方式的控制单元3的具体实现方式的结构框图。如图2所示，所述控制单元优选包括AD采样模块、支路电流重构模块、均流处理模块以及PWM控制模块，用于实现AD 采样、支路电流重构、均流处理以及PWM控制等功能。总的来说，AD 采样为均流处理提供系统运行的电流信号和电压信号，支路电流重构通过总的电流信息经过算法处理获取各个支路的电流信息，无需外加任何采样回路，均流处理通过各个支路的电流信息经过算法控制强制闭环调整每个支路的输出占空比，进而通过PWM输出控制作用于功率器件，实现各个支路的电流闭环均流。需要指出的是，以上各功能模块的划分仅为逻辑性的，只要能实现上述功能即可，并不对本实用新型构成限制。以下对各功能模块进行具体描述。
所述AD采样模块将电压采样电路1和电流采样电路2采集到的电压以及电流模拟信号转换为数字信号，以便后续的处理。所述支路电流重构模块根据所述各支电流采样电路经过AD采样模块获得的总电流信号并结合各支路的作用脉冲重构各支路电流信号。
具体地，图3示出了图1、2所示的交错并联双向DC/DC变换器中各支路的电流和作用脉冲波形。如图3所示，图中有L1支路电流波形、 L2支路电流波形、总电流波形、L1支路作用脉冲和L2支路作用脉冲。所述总电流可以通过电流采样电路获取，但软件强制均流需要获得各个支路的电流，在L1支路作用脉冲的中点，L1支路的电流是总电流的一半，在L2作用脉冲的中点，L2支路的电流是总电流的一半，通过软件设置采样时序获取各个支路的电流信息，具体流程可以如图4所示。
图4示出了所述支路电流重构模块利用总电流重构各支路电流的流程图。如图4所示，程序进入电流重构判断逻辑，首先进入采样中断，通过电流采样电路1获取所述总电流，判断时钟计数是否在L1支路作用脉冲的中点，如果不在继续判断，直到时钟计数到L1支路的中点，采样刷新获取当前的电流值，并除以2重构出L1支路的电流I1。程序延时半个开关周期到L2支路的中点，采样刷新获取当前的电流值，并除以2重构出L2支路的电流I2。利用上述重构出的各支路电流，进一步软件重构出与控制实现相应的控制目标，即实现相应的均流处理，具体地，如图5所示。图5示出了本实用新型一优选实施例的均流处理模块的具体构成的框图。如图5所示，以定电压控制实现上述功能为例，所述输出电压Vout与参考电压Vout_ref作差得到误差信息，误差信息通过PI调节器调整直到误差为零或者一个很小的稳态误差，输出得到系统控制总电流参考值Iref，该总电流参考值除以2则得到各个支路的参考电流I1ref和I2ref。进一步地，将各支路的参考电流I1ref和I2ref分别与重构的各支路电流I1和I2作差，得到电流控制误差，并进一步经过 PI调节器控制，逐渐减小控制误差。之后，动态地输出各个支路控制的占空比信息，从而实现以软件方式强制均流的目的。需要指出的是，采用定电圧控制实现均流处理仅为本实用新型的一优选方式，还可采用其他方式，例如定电流控制来实现上述均流处理。
所述PWM控制模块利用均流处理所获得的控制信号通过端口d1、 d2输出控制信号，以实现对各功率器件，例如Q1-Q4的控制。
以上以两相交错并联双向DC/DC变换器的控制为例，对所述均流装置及其实现方式进行了描述，如上所述，本实用新型的方案并不限于两相交错并联双向DC/DC变换器，也可应用于三相以上的多相交错并联双向DC/DC变换器。图6示出了将本实用新型的所述均流装置应用于多相，例如为n相交错并联双向DC/DC变换器时的定电压控制的均流处理模块的结构框图。与图6所示的n相交错并联双向DC/DC变换器的均流处理相应地，参考电流相应地除以n来获得，并利用n个PI调节器获得，逐渐减小控制误差。并之后动态地输出各个支路控制的占空比信息，从而实现以软件方式强制均流的目的。其具体实现方式与上述两相交错并联双向DC/DC变换器的均流处理相对应，再此不再赘述。
下面结合图7说明本实用新型的交错并联双向DC/DC变换器的均流方法。图7示出了根据本实用新型一优选实施方式的交错并联双向DC/DC 变换器的均流方法。如图7所示，所述均流方法包括:电压采样步骤S1，采集所述交错并联双向DC/DC变换器的输出电压；电流采样步骤S2，采集所述交错并联双向DC/DC变换器的各支路的总电流；以及控制步骤S3，根据所述输出电压以及所述总电流重构所述各支路的支路电流，并闭环调整该各支路的输出占空比，以实现所述各支路的支路电流的闭环均流。上述各步骤的实现参见上文对所述均流装置的描述，此处不再赘述。
根据本实用新型的上述方案，所述均流装置只需测试所述各支路的总电流，通过算法重构所述各支路的支路电流并进一步实现均流，从而所述均流装置无需辅助硬件，简化了系统构成并降低了成本。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域技术人员而言，本实用新型可以有各种改动和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种交错并联双向DC/DC变换器的均流装置，其特征在于，包括：电压采样电路、电流采样电路以及控制单元；
所述电压采样电路用于采集所述交错并联双向DC/DC变换器的输出电压；
所述电流采样电路用于采集所述交错并联双向DC/DC变换器的各支路的总电流；以及
所述控制单元用于根据所述输出电压以及所述总电流重构所述各支路的支路电流，并闭环调整该各支路的输出占空比，以实现所述各支路的支路电流的闭环均流。
2.如权利要求1所述的均流装置，其特征在于，
所述交错并联双向DC/DC变换器包括:由多个功率器件组成的桥臂以及一端连接在各桥臂的中点的多个电感；
所述电压采样电路连接所述多个电感的另一端以采集所述输出电压。
3.如权利要求1所述的均流装置，其特征在于，所述交错并联双向DC/DC变换器中设置有采样电阻，所述电流采样电路连接在所述采样电阻两端以采集所述总电流。
4.如权利要求1所述的均流装置，其特征在于，控制单元为所述交错并联双向DC/DC变换器的控制用微处理器。
5.如权利要求1所述的均流装置，其特征在于，所述控制单元包括支路电流重构模块以及均流处理模块；
所述支路电流重构模块用于根据各支路作用脉冲中点从所述总电流提取各个支路电流，并获取所述作用脉冲的中点的电流值，将该电流值除以n从而重构获得各支路的电流值，n为所述交错并联双向DC/DC变换器的相数；以及
所述均流处理模块利用定电压控制实现均流处理。
6.如权利要求5所述的均流装置，其特征在于，所述定电压控制包括：
将所述输出电压与参考电压作差得到误差电压，通过PI调节器调整该误差电压并输出得到总电流参考值；
将该总电流参考值除以n得到所述各支路的参考电流；
将各支路的参考电流分别与所述重构的各支路电流作差，得到电流控制误差；以及
利用PI调节器减小所述电流控制误差，并闭环调整该各支路的输出占空比，以实现均流处理。
7.如权利要求5所述的均流装置，其特征在于，
所述控制单元还包括PWM控制模块，利用所述均流处理模块获得的控制信号控制所述交错并联双向DC/DC变换器的功率器件。
8.如权利要求5所述的均流装置，其特征在于，
所述控制单元还包括AD采样模块；
所述AD采样模块用于对所述电流采样电路和所述电压采样电路采集到总电流和所述输出电压进行AD采样。
9.如权利要求1-8任一项所述的均流装置，其特征在于，所述交错并联双向DC/DC变换器为两相交错并联双向DC/DC变换器，包括第一支路和第二支路；所述支路电流重构模块用于：
根据所述电流采样电路获取的所述总电流判断时钟计数是否在第一支路的作用脉冲的中点，并获取在时钟计数到达第一支路的中点时的所述总电流的值，除以2以重构出第一支路的电流；以及
延时半个开关周期并在计数达到第二支路的作用脉冲的中点时获取当前的所述总电流的值，除以2以重构出第二支路的电流。
10.如权利要求1-8任一项所述的均流装置，其特征在于，所述交错并联双向DC/DC变换器为三相以上的交错并联双向DC/DC变换器。
11.一种交错并联双向DC/DC变换器，其特征在于，包括如权利要求1-10任一项所述的均流装置。
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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