多模块全桥隔离DC‑DC变换器功率平衡控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多模块全桥隔离DC‑DC变换器功率平衡控制方法及装置，通过获得各模块传输功率最大值，然后采用过功率协同运算后得到各模块传输功率给定值，接着通过相移控制量计算模块得到各模块相移量，再由调制模块得到开关控制信号，实现输出并联多模块全桥隔离DC‑DC变换器功率平衡控制。本发明专利技术具有运算量简单、无负载电流传感器等优点；功率平衡控制方法可以有效地减小变换器控制系统软硬件设计成本。

【技术实现步骤摘要】
多模块全桥隔离DC-DC变换器功率平衡控制方法及装置
本专利技术涉及多模块全桥隔离DC-DC变换器(包含半桥三电平、全桥隔离DC-DC变换器)的控制系统设计与制造领域，具体是一种多模块全桥隔离DC-DC变换器功率平衡控制方法及装置。
技术介绍
全桥隔离DC-DC变换器因其具有电气隔离、功率密度高、能量能双向流动以及模块级联容易等优点，随着新能源变流技术的迅速发展已实现了广泛的应用。多模块输出侧并联全桥隔离DC-DC变换器拓扑结构更是广泛应用于固态变压器以及列车无工频电力电子变压器中。当并联全桥隔离DC-DC变换器输入侧电压幅值不相等或者各并联模块中变压器匝数或者漏感不相等时，会导致流过各并联模块的功率不相等，以致于个别模块可能出现过流现象，严重时会损坏变换器拓扑，危及安全。为解决该问题，有学者提出了实时积分法实现功率平衡，但该方法需要对电感电流以及原边H桥输出电压进行积分得到实际功率，然后通过对计算得到的功率进行控制，这大大增加了控制系统的运算复杂性。此外，该方法需要在全桥隔离DC-DC变换器中使用额外的电感电流传感器，这增加了系统设计成本。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种多模块全桥隔离DC-DC变换器功率平衡控制方法及装置，其具有运算量简单、无负载电流传感器的优点；该功率平衡控制方法可以有效地减小变换器控制系统软硬件设计成本。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种多模块全桥隔离DC-DC变换器功率平衡控制方法，包括以下步骤：步骤1：通过数据采集模块获得输出电压Uo和并联模块#i输入电压Uini，i＝1,2……n；在电压外环PI模块中，输出电压Uo为外环电压PI控制器的输入，其PI控制器的输出为虚拟功率给定量P*，该功率量是过功率协同控制模块的输入量；步骤2：保证各并联模块传输功率给定值pi*相等，有p1*＝p2*＝……＝pi*＝……＝pn*＝p*/n其中，pi*为模块i传输功率给定值；任意并联模块#i可传输最大功率表达式为：式中，p*i,max为模块#i最大可传输功率，Uo为输出电压，Uini为模块#i输入电压，ni为模块#i变压器变比，Li为模块#i等效电感；进行过功率协同控制，具体为：1)由式(1)计算可传输功率最大值，对各模块可传输功率最大值排序，得到最大值排序表，由小到大依次记为p*1,max、p*2,max、……、p*n,max；2)比较p*/n与排序表中各值，设p*j,，max<p*/n<p*j+1,，max；3)比较[p*-(p*1,，max+p*2,，max……+p*j,，max)]/(n-j)与p*j+1,，max大小，若前者小于后者，则转入步骤4)，否者转入步骤5)；4)排序后模块#(j+1)至模块#n功率赋值为[p*-(p*1,，max+p*2,，max……+p*j,，max)]/(n-j)；排序后模块#1至模块#j功率赋值分别为其最大功率值；5)对j赋值为j＝j+1，继续转入步骤3)步骤3：由过功率协同控制模块得到各并联模块应该传输功率量，该传输功率量进入相移控制量计算模块；步骤4：在相移控制量计算模块中，根据各模块简化后功率量表达式得到相移控制量计算公式求得各模块相移控制量Di；步骤5：根据求解得相移控制量Di，采用单相移控制模式，通过调制模块获得开关控制信号，完成全桥隔离DC-DC变换器的控制。一种多模块全桥隔离DC-DC变换器功率平衡控制装置，包括数据采集模块、电压外环PI模块、过功率协同控制模块、相移控制量计算模块和调制模块；所述数据采集模块分别连接到电压外环PI模块、过功率协同控制模块和相移控制量计算模块；所述电压外环PI模块还连接到过功率协同控制模块；所述过功率协同控制模块连接到相移控制量计算模块；所述相移控制量计算模块连接到调制模块；所述过功率协同控制模块，用于对各并联模块最大传输功率对比分析，循环补偿运算，得到各并联模块传输功率给定值；所述相移控制量计算模块，用于对输入电压、输出电压以及过功率协同控制模块输出的虚拟功率给定值进行简化运算，得到实时的相移控制量；所述调制模块，用于根据计算得到的相移控制量得到全桥隔离DC-DC变换器的开关器件脉冲控制信号。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1)不需要大量复杂的运算，有效地降低了控制系统的运算成本。2)不需要负载电流传感器，有效地降低了全桥隔离DC-DC变换器硬件设计成本。附图说明图1是本专利技术中多模块全桥隔离DC-DC变换器功率平衡控制装置结构示意图。图2是本专利技术中多模块并联全桥隔离DC-DC变换器过功率协同控制的程序框图。图3是在传统无功率平衡控制方法下，模块#1电压突增时，两模块并联系统功率图。图4是在直接功率平衡控制方法下，模块#1电压突增时，两模块并联系统功率图。图5是在传统无功率平衡控制方法下，模块#1电压突增时，两模块输出电压与电流图。图6是在直接功率平衡控制方法下，模块#1电压突增时，两模块输出电压与电流图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。本专利技术控制方法包括：采集各模块输入电压和输出电压，通过基于直接功率平衡控制方法得到相移控制量的大小，生成开关控制信号，完成输出并联全桥隔离DC-DC变换器的控制；本专利技术控制装置包含：数据采集模块01、电压外环PI模块02、过功率协同控制模块03、相移控制量计算模块04以及调制模块05五个部分。控制方法详述如下：步骤1：通过数据采集模块01获得输出电压Uo和并联模块#i(i＝1,2……n)输入电压Uini。电压外环PI模块02中，输出电压Uo为外环电压PI控制器的输入，其PI控制器的输出为虚拟功率给定量P*，该功率量是过功率协同控制计算模块03的输入量。步骤2：为避免参数不匹配或者输入电压幅值不相等导致过流现象，应保证各并联模块传输功率给定值pi*相等，有p1*＝p2*＝……＝pi*＝……＝pn*＝p*/n其中，pi*为模块i传输功率给定值。然而，该模块功率量仅是各并联模块未过功率时的表达式，当系统传输功率过大时，需要对各并联DC-DC变换器模块进行过功率协同控制，即，将已达到满功率模块产生的功率溢出部分平均补偿传输到尚未达到满功率传输模块中。过功率协同控制计算模块03具体实现过程为：任意并联模块#i(i＝1,2……n)可传输最大功率表达式为：其中，p*i,max为模块#i最大可传输功率，Uo为输出电压，Uini为模块#i输入电压，ni为模块#i变压器变比，Li为模块#i等效电感。过功率协同控制方法为：1)对各模块可传输功率最大值排序，得到最大值排序表，由小到大依次记为p*1,max、p*2,max、……、p*n,max(可传输功率最大值可由式(1)得出)。2)比较p*/n与排序表中各值，设p*j,，max<p*/n<p*j+1,，max3)比较[p*-(p*1,，max+p*2,，max……+p*j,，max)]/(n-j)与p*j+1,，max大小，若前者小于后者，则转入Step4；否者转入Step54)排序后模块#(j+1)至模块#n功率赋值为[p*-(p*1,，max+p*2,，max……+p*j,，max)]/(n-j)；排序后模块#1至模块#j功率赋值分别为其最大功本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多模块全桥隔离DC‑DC变换器功率平衡控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：通过数据采集模块(01)获得输出电压Uo和并联模块#i输入电压Uini，i＝1,2……n；在电压外环PI模块(02)中，输出电压Uo为外环电压PI控制器的输入，其PI控制器的输出为虚拟功率给定量P

【技术特征摘要】
1.一种多模块全桥隔离DC-DC变换器功率平衡控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：通过数据采集模块(01)获得输出电压Uo和并联模块#i输入电压Uini，i＝1,2……n；在电压外环PI模块(02)中，输出电压Uo为外环电压PI控制器的输入，其PI控制器的输出为虚拟功率给定量P*，该功率量是过功率协同控制模块(03)的输入量；步骤2：保证各并联模块传输功率给定值pi*相等，有p1*＝p2*＝……＝pi*＝……＝pn*＝p*/n其中，pi*为模块i传输功率给定值；任意并联模块#i可传输最大功率表达式为：式中，p*i,max为模块#i最大可传输功率，Uo为输出电压，Uini为模块#i输入电压，ni为模块#i变压器变比，Li为模块#i等效电感；进行过功率协同控制，具体为：1)由式(1)计算可传输功率最大值，对各模块可传输功率最大值排序，得到最大值排序表，由小到大依次记为p*1,max、p*2,max、……、p*n,max；2)比较p*/n与排序表中各值，设p*j,，max<p*/n<p*j+1,，max；3)比较[p*-(p*1,，max+p*2,，max……+p*j,，max)]/(n-j)与p*j+1,，max大小，若前者小于后者，则转入步骤4)，否者转入步骤5)；4)排序后模块#(j+1)至模块#n功率赋值为[p*-(p*1,，max+p*2,，max……+p*j,，max)]/(n-j)；排序后模块#1至模块#j...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋文胜，武明义，侯聂，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51