双向三电平DC-DC转换器的升压、降压控制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及双向三电平DC‑DC转换器的升压、降压控制装置及方法，升压控制装置包括依次连接的母线电压外环、电感电流内环和第一信号输出端，以及依次连接的飞跨电容电压环和第二信号输出端，电感电流内环输出第一占空比信号；飞跨电容电压环输出第二占空比信号；第一信号输出端包括依次连接的减法器和PWM单元，第二信号输出端包括依次连接的加法器和PWM单元，减法器和加法器均分别连接第一占空比信号和第二占空比信号，PWM单元用于输出反相的两个控制信号。与现有技术相比，本发明专利技术利用变占空比和变相位的混合控制方法，能稳定维持飞跨电容平衡，具有稳定可靠、成本低、提高电动汽车运行里程等优点。

【技术实现步骤摘要】
双向三电平DC-DC转换器的升压、降压控制装置及方法
本专利技术涉及双向三电平DC-DC转换器控制领域，尤其是涉及双向三电平DC-DC转换器的升压、降压控制装置及方法。
技术介绍
汽车上的锂电池通过DC-DC升压给电机控制器供高于锂电池的电压来提高电机的效率，当电动汽车的电机处于发电模式时，能够把电机发的电通过双向DC-DC降压给锂电池冲电，提高续航。同时减少为了得到高压而串联的锂电池的数量，即可减少锂电池的成本。使用三电平的双向DC-DC相比二电平的DC-DC有减少IGBT开关应力、减小储能电感的感量和体积、增加DC-DC的功率密度。由于三电平DC-DC引入了飞跨电容，在控制算法上需要维持飞跨电容电压的平衡，只有当飞跨电容的电压维持在高压侧电压的一半时整个系统才能保持稳定，如果飞跨电容的电压不平衡时有可能造成IGBT的损坏。现有的控制飞跨电容电压平衡的方法以BOOST(升压模式)为例通过控制Q1和Q2导通和关断的时间来维持飞跨电容电压的平衡。核心就是如果飞跨电容电压低于目标值时，增加Q1的导通时间ΔD1，即增加飞跨电容的充电时间，同时减少Q2的导通时间ΔD2即减少飞跨电容的放电的时间，由于飞跨电容的电压和输出的电压是耦合的，即改变飞跨电容的电压有可能导致输出电压的改变，现有的方法通过ΔD1＝ΔD2使飞跨电容电压和输出电压解耦。现有的方法针对负载变化范围不大时是可行的，但针对应用于电机前级的DC-DC现有的方法无法在全功率范围内维持飞跨电容电压平衡。且由于飞跨电容的存在，在DC-DC启动的时候需要对飞跨电容预充，现有通过硬件的方式预充成本比较高。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种更有效地维持飞跨电容电压平衡的双向三电平DC-DC转换器的升压、降压控制装置及方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种双向三电平DC-DC转换器的升压控制装置，所述双向三电平DC-DC转换器包括锂电池、电感、四个IGBT开关管、飞跨电容和母线电容，所述升压控制装置包括依次连接的母线电压外环、电感电流内环和第一信号输出端，以及依次连接的飞跨电容电压环和第二信号输出端，所述母线电压外环通过减法器分别连接有标准母线电压值和实际母线电压值；所述电感电流内环通过减法器分别连接所述母线电压外环的输出，和所述电感的电流值，并输出第一占空比信号；所述飞跨电容电压环通过减法器分别连接实际母线电压值的一半，和所述飞跨电容的电压，并输出第二占空比信号；所述第一信号输出端包括依次连接的减法器和PWM单元，所述减法器的正输入端连接所述第一占空比信号，负输入端连接所述第二占空比信号；所述第二信号输出端包括依次连接的加法器和PWM单元，所述加法器分别连接所述第一占空比信号和第二占空比信号，所述PWM单元用于输出反相的两个控制信号。进一步地，所述减法器和PWM单元的连接线路中还设有占空比限幅器，所述加法器和PWM单元的连接线路中还设有占空比限幅器。进一步地，所述母线电压外环包括依次连接的减法器、电压比例积分调节器和参考值限幅器，所述减法器的正输入端连接标准母线电压值，负输入端连接实际母线电压值；所述电感电流内环包括依次连接的减法器、电流比例积分调节器和占空比限幅器，所述减法器的正输入端连接母线电压外环的输出，负输入端连接所述电感的电流值；所述飞跨电容电压环包括依次连接的乘法器、减法器和飞跨比例积分调节器，所述乘法器还连接有实际母线电压值，所述减法器的正输入端接入所述乘法器，负输入端连接飞跨电容电压值，所述乘法器的数值为0.5。本专利技术还提供一种双向三电平DC-DC转换器的降压控制装置，所述双向三电平DC-DC转换器包括锂电池、电感、四个IGBT开关管、飞跨电容和母线电容，所述升压控制装置包括依次连接的锂电池电压外环、电感电流内环和第三信号输出端，以及依次连接的飞跨电容电压环和第四信号输出端，所述锂电池电压外环通过减法器分别连接有标准锂电池电压值和实际锂电池电压值；所述电感电流内环通过减法器分别连接所述锂电池电压外环的输出，和所述电感的电流值，并输出第三占空比信号；所述飞跨电容电压环通过减法器分别连接实际母线电压值的一半，和所述飞跨电容的电压，并输出第四占空比信号；所述第三信号输出端包括依次连接的加法器和PWM单元，所述加法器分别连接所述第三占空比信号和第四占空比信号；所述第四信号输出端包括依次连接的减法器和PWM单元，所述减法器的正输入端连接所述第三占空比信号，负输入端连接所述第四占空比信号，所述PWM单元用于输出反相的两个控制信号。进一步地，所述加法器和PWM单元的连接线路中还设有占空比限幅器，所述减法器和PWM单元的连接线路中还设有占空比限幅器。进一步地，所述锂电池电压外环包括依次连接的减法器、电压比例积分调节器和参考值限幅器，所述减法器的正输入端连接标准锂电池电压值，负输入端连接实际锂电池电压值；所述电感电流内环包括依次连接的减法器、电流比例积分调节器和占空比限幅器，所述减法器的正输入端连接锂电池电压外环的输出，负输入端连接所述电感的电流值；所述飞跨电容电压环包括依次连接的乘法器、减法器和飞跨比例积分调节器，所述乘法器还连接有实际母线电压值，所述减法器的正输入端接入所述乘法器，负输入端连接飞跨电容电压值，所述乘法器的数值为0.5。本专利技术还提供一种双向三电平DC-DC转换器的控制方法，所述双向三电平DC-DC转换器包括锂电池、电感、四个IGBT开关管、锂电池电容、飞跨电容和母线电容，所述方法包括以下步骤：电容预充步骤：对锂电池电容、飞跨电容和母线电容进行预充；升压模式控制步骤：当双向三电平DC-DC转换器处于升压模式时，受如上所述的一种双向三电平DC-DC转换器的升压控制装置控制，并实时监测母线电压，若母线电压大于预设的高压阈值，则切换为降压模式；降压模式控制步骤：当双向三电平DC-DC转换器处于降压模式时，当双向三电平DC-DC转换器处于降压模式时，受如上所述的一种双向三电平DC-DC转换器的降压控制装置控制，并实时监测母线电压，若母线电压大于预设的低压阈值，则切换为升压模式。进一步地，所述四个IGBT开关管为依次连接的第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，第一开关管连接所述锂电池，所述锂电池与电感的连接线路中连接有第二继电器开关，该第二继电器开关并联有依次串联的第一继电器开关和电阻，电容预充步骤中，所述对飞跨电容进行预充，包括以下步骤：S201：对双向三电平DC-DC转换器进行系统初始化；S202：使第一开关管导通，第二开关管关闭；S203：闭合第一继电器开关；S204：实时监测并判断飞跨电容电压是否不低于锂电池电压的一半，若满足，则执行步骤S205；S205：关闭第一开关管和第二开关管；S206：实时监测并判断实际母线电压是否等于锂电池电压，若满足，则飞跨电容的预充完成。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双向三电平DC-DC转换器的升压控制装置，所述双向三电平DC-DC转换器包括锂电池、电感、四个IGBT开关管、飞跨电容和母线电容，其特征在于，所述升压控制装置包括依次连接的母线电压外环(1)、电感电流内环(2)和第一信号输出端(3)，以及依次连接的飞跨电容电压环(4)和第二信号输出端(5)，/n所述母线电压外环(1)通过减法器(9)分别连接有标准母线电压值和实际母线电压值；/n所述电感电流内环(2)通过减法器(9)分别连接所述母线电压外环(1)的输出，和所述电感的电流值，并输出第一占空比信号；/n所述飞跨电容电压环(4)通过减法器(9)分别连接实际母线电压值的一半，和所述飞跨电容的电压，并输出第二占空比信号；/n所述第一信号输出端(3)包括依次连接的减法器(9)和PWM单元(17)，所述减法器(9)的正输入端连接所述第一占空比信号，负输入端连接所述第二占空比信号；所述第二信号输出端(5)包括依次连接的加法器(10)和PWM单元(17)，所述加法器(10)分别连接所述第一占空比信号和第二占空比信号，所述PWM单元(17)用于输出反相的两个控制信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种双向三电平DC-DC转换器的升压控制装置，所述双向三电平DC-DC转换器包括锂电池、电感、四个IGBT开关管、飞跨电容和母线电容，其特征在于，所述升压控制装置包括依次连接的母线电压外环(1)、电感电流内环(2)和第一信号输出端(3)，以及依次连接的飞跨电容电压环(4)和第二信号输出端(5)，
所述母线电压外环(1)通过减法器(9)分别连接有标准母线电压值和实际母线电压值；
所述电感电流内环(2)通过减法器(9)分别连接所述母线电压外环(1)的输出，和所述电感的电流值，并输出第一占空比信号；
所述飞跨电容电压环(4)通过减法器(9)分别连接实际母线电压值的一半，和所述飞跨电容的电压，并输出第二占空比信号；
所述第一信号输出端(3)包括依次连接的减法器(9)和PWM单元(17)，所述减法器(9)的正输入端连接所述第一占空比信号，负输入端连接所述第二占空比信号；所述第二信号输出端(5)包括依次连接的加法器(10)和PWM单元(17)，所述加法器(10)分别连接所述第一占空比信号和第二占空比信号，所述PWM单元(17)用于输出反相的两个控制信号。


2.根据权利要求1所述的一种双向三电平DC-DC转换器的升压控制装置，其特征在于，所述减法器(9)和PWM单元(17)的连接线路中还设有占空比限幅器(15)，所述加法器(10)和PWM单元(17)的连接线路中还设有占空比限幅器(15)。


3.根据权利要求1所述的一种双向三电平DC-DC转换器的升压控制装置，其特征在于，所述母线电压外环(1)包括依次连接的减法器(9)、电压比例积分调节器(11)和参考值限幅器(14)，所述减法器(9)的正输入端连接标准母线电压值，负输入端连接实际母线电压值；
所述电感电流内环(2)包括依次连接的减法器(9)、电流比例积分调节器(12)和占空比限幅器(15)，所述减法器(9)的正输入端连接母线电压外环(1)的输出，负输入端连接所述电感的电流值；
所述飞跨电容电压环(4)包括依次连接的乘法器(16)、减法器(9)和飞跨比例积分调节器(13)，所述乘法器(16)还连接有实际母线电压值，所述减法器(9)的正输入端接入所述乘法器(16)，负输入端连接飞跨电容电压值，所述乘法器(16)的数值为0.5。


4.一种双向三电平DC-DC转换器的降压控制装置，所述双向三电平DC-DC转换器包括锂电池、电感、四个IGBT开关管、飞跨电容和母线电容，其特征在于，所述升压控制装置包括依次连接的锂电池电压外环(6)、电感电流内环(2)和第三信号输出端(7)，以及依次连接的飞跨电容电压环(4)和第四信号输出端(8)，
所述锂电池电压外环(6)通过减法器(9)分别连接有标准锂电池电压值和实际锂电池电压值；
所述电感电流内环(2)通过减法器(9)分别连接所述锂电池电压外环(6)的输出，和所述电感的电流值，并输出第三占空比信号；
所述飞跨电容电压环(4)通过减法器(9)分别连接实际母线电压值的一半，和所述飞跨电容的电压，并输出第四占空比信号；
所述第三信号输出端(7)包括依次连接的加法器(10)和PWM单元(17)，所述加法器(10)分别连接所述第三占空比信号和第四占空比信号；所述第四信号输出端(8)包括依次连接的减法器(9)和PWM单元(17)，所述减法器(9)...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪家尧，凌刚，王文奎，徐守雷，
申请(专利权)人：德尔福科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32