用于控制混合三端口制造技术

一种用于混合三端口

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制混合三端口DC
‑
DC功率转换器的装置和方法


[0001]所公开实施例的各方面通常涉及功率转换装置，尤其涉及用于多端口
DC
‑
DC
功率转换器的控制策略
。

技术介绍

[0002]能够集成多个可变
DC
电压源的三端口
DC
‑
DC
功率转换器可以在许多现代电力系统中提供更高的功率密度和更低的成本
。
例如，三端口
DC
‑
DC
功率转换器可用于电动车或电动飞机中，以在车载充电器
(on
‑
board charger
，
OBC)、
低压电池和电机之间传输功率
。
三端口
DC
‑
DC
转换器的最优性能包括：功率解耦；零电压开关
(zero
‑
voltage switching
，
ZVS)
操作；最小循环电流操作；以及灵活的功率流，即在所有三个端口之间传递和接收功率
。
[0003]传统的控制方法导致控制过于复杂，同时仅满足所需的一部分特征
。
在一种方法中，导出最优外部相移集合以解耦不同端口，并且使用第一端口处的内部相移来维持最小循环电流
。
然而，这种方法需要微控制器来处理复杂的控制计算，并且由于不考虑
ZVS
操作，开关损耗将超过期望的水平
。
针对
ZVS
操作的替代控制方法不能提供端口之间的解耦
。
[0004]另一种传统控制方法依赖于查找表来简化控制计算
。
然而，在所有三个端口上都包括
OBC
操作和宽电压范围使得查找表难以实现
。
[0005]因此，需要最优控制方法和装置来控制混合三端口
DC
‑
DC
功率转换器，并提供灵活的功率流操作
、
简化的功率解耦以及具有宽
ZVS
操作范围和最小循环电流的高效操作
。
因此，需要提供可解决上述问题中的至少一些问题的装置和方法
。

技术实现思路

[0006]所公开实施例的各方面涉及用于控制适合需要多个
DC
电源的应用的混合三端口
DC
‑
DC
功率转换器的装置和方法
。
所公开实施例的各方面提供了对所述混合三端口
DC
‑
DC
功率转换器的最优控制，其受益于宽范围
ZVS
操作和最小循环电流
。
独立权利要求的主旨是实现此目的及其它目的
。
附属权利要求中可以找到进一步有利的修改
。
[0007]根据第一方面，通过一种装置来实现上述和其它目的和优势
。
在一个实施例中，所述装置包括混合三端口
DC
‑
DC
功率转换器，其中，由第一端口产生的第一
AC
功率通过感应网络耦合到由第二端口产生的第二
AC
功率
。
所述感应网络具有第一变压器和第一电感器
。
所述第二
AC
功率通过串联谐振网络耦合到由第三端口产生的第三
AC
功率
。
所述串联谐振网络包括与电容器串联耦合的第二变压器和第二电感器
。
所述装置包括控制器，所述控制器用于从所述第一端口接收第一
DC
电压，从所述第二端口接收第二
DC
电压，以及从所述第三端口接收第三
DC
电压
。
所述控制器用于生成开关控制信号，以基于一个或多个控制参数产生所述第一
AC
功率
、
所述第二
AC
功率和所述第三
AC
功率
。
所述控制参数包括第一内部相移
、
第一外部相移
、
开关频率和第二外部相移
。
所述控制器用于使用第一控制环路来调节所述第一端口和所述第二端口之间的功率传输，其中，所述第一控制环路用于接收所述第一
DC
电压和所述第二
DC
电压，并产生所述第一内部相移和所述第一外部相移
。
所述控制器还用于
使用第二控制环路来调节所述第二端口和所述第三端口之间的功率传输，其中，所述第二控制环路用于接收所述第二
DC
电压和所述第三
DC
电压，并产生所述开关频率和所述第二外部相移
。
所公开实施例的各方面提供了具有最小循环电流的宽范围
ZVS
操作
。
[0008]根据所述第一方面，在所述装置的第一种可能的实现方式中，所述控制器用于将所述第二
AC
功率中的第二内部相移设置为0，并将所述第三
AC
功率中的第三内部相移设置为
0。
将所述第二内部相移设置为0可将所述第一端口与所述第三端口解耦，从而简化控制
。
将所述第三内部相移设置为0可避免高开关电流，从而减少开关和传导损耗
。
[0009]在所述装置的一种可能的实现方式中，所述第一控制环路的带宽高于所述第二控制环路的带宽
。
使用不同的带宽可增强两个控制环路的解耦
。
[0010]在所述装置的一种可能的实现方式中，所述控制器用于：当所述第一端口
、
所述第二端口和所述第三端口中的一个处于空闲状态时，调节所述空闲端口与相邻端口之间的电压增益，以保持大致为1的电压增益
。
保持增益为1可防止在所述空闲端口和源端口处产生高循环电流，从而防止传导和开关损耗
。
[0011]在所述装置的一种可能的实现方式中，所述第一控制环路用于：基于第一受控
DC
电压和第一参考电压生成第一控制信号，其中，当功率从所述第一端口传递到所述第二端口时，所述第一受控
DC
电压被设置为所述第二
DC
电压，并且当功率从所述第二端口传递到所述第一端口时，所述第一受控
DC
电压被设置为所述第一
DC
电压
。
所述第一控制环路基于所述第一受控
DC
电压以及所述第一
DC
电压与所述第二
DC
电压之间的电压增益生成模式信号
。
当所述第一控制信号大于或等于所述模式信号时，所述第一控制环路基于所述第一控制信号产生所述第一外部相移，并将所述第一内部相移设置为
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种装置
(100)
，其特征在于，所述装置
(100)
包括：混合三端口
DC
‑
DC
功率转换器，其中，由第一端口
(102)
产生的第一
AC
功率
(V
AC1
)
通过感应网络
(126)
耦合到由第二端口
(104)
产生的第二
AC
功率
(V
AC2
)
，所述感应网络
(126)
包括第一变压器
(T1)
和第一电感器
(L
130
)
；所述第二
AC
功率
(V
AC2
)
通过串联谐振网络
(128)
耦合到由第三端口
(106)
产生的第三
AC
功率
(V
AC3
)
，所述串联谐振网络
(128)
包括与电容器
(C
134
)
串联耦合的第二变压器
(T2)
和第二电感器
(L
132
)
；控制器
(150)
，用于从所述第一端口
(102)
接收第一
DC
电压
(V
DC1
)
，从所述第二端口
(104)
接收第二
DC
电压
(V
DC2
)
，从所述第三端口
(106)
接收第三
DC
电压
(V
DC3
)
，并生成开关控制信号
(C1、C2、C3、
……
、C
11
、C
12
)
，其中，所述开关控制信号
(C1、C2、C3、
……
、C
11
、C
12
)
用于基于一个或多个控制参数产生所述第一
AC
功率
(V
AC1
)、
所述第二
AC
功率
(V
AC2
)
和所述第三
AC
功率
(V
AC3
)
，所述控制参数包括第一内部相移
(
α1)、
第一外部相移
(
φ
12
)、
开关频率
(f
s
)
和第二外部相移
(
φ
23
)
；其中，所述控制器
(150)
用于：使用第一控制环路
(152)
来调节所述第一端口
(102)
和所述第二端口
(104)
之间的功率传输，其中，所述第一控制环路
(152)
用于接收所述第一
DC
电压
(V
DC1
)
和所述第二
DC
电压
(V
DC2
)
，并产生所述第一内部相移
(
α1)
和所述第一外部相移
(
φ
12
)
；使用第二控制环路
(154)
来调节所述第二端口
(104)
和所述第三端口
(106)
之间的功率传输，其中，所述第二控制环路
(154)
用于接收所述第二
DC
电压
(V
DC2
)
和所述第三
DC
电压
(V
DC3
)
，并产生所述开关频率
(f
s
)
和所述第二外部相移
(
φ
23
)。2.
根据权利要求1所述的装置
(100)
，其特征在于，所述控制器
(150)
用于将所述第二
AC
功率
(V
AC2
)
中的第二内部相移
(
α2)
设置为0，并将所述第三
AC
功率
(V
AC3
)
中的第三内部相移
(
α3)
设置为
0。3.
根据上述权利要求中任一项所述的装置
(100)
，其特征在于，所述第一控制环路
(152)
的带宽高于所述第二控制环路
(154)
的带宽
。4.
根据上述权利要求中任一项所述的装置
(100)
，其特征在于，所述控制器
(150)
用于：当所述第一端口
(102)、
所述第二端口
(104)
和所述第三端口
(106)
中的一个处于空闲状态时，调节所述空闲端口与相邻端口之间的电压增益，以保持大致为1的电压增益
。5.
根据上述权利要求中任一项所述的装置
(100)
，其特征在于，所述第一控制环路
(152)
用于：基于第一受控
DC
电压和第一参考电压
(V
ref1
)
生成第一控制信号
(
Δφ
)
，其中，当功率从所述第一端口
(102)
传递到所述第二端口
(104)
时，所述第一受控
DC
电压被设置为所述第二
DC
电压
(V
DC2
)
，并且当功率从所述第二端口
(104)
传递到所述第一端口
(102)
时，所述第一受控
DC
电压被设置为所述第一
DC
电压
(V
DC1
)
；基于所述第一受控
DC
电压以及所述第一
DC
电压
(V
DC1
)
与所述第二
DC
电压
(V
DC2
)
之间的电压增益
(M
12
)
生成模式信号
(
φ
'
12
)
；当所述第一控制信号
(
Δφ
)
大于或等于所述模式信号
(
φ
'
12
)
时，基于所述第一控制信号
(
Δφ
)
产生所述第一外部相移
(
φ
12
)
，并将所述第一内部相移
(
α1)
设置为0；当所述第一控制信号
(
Δφ
)
大于0且小于所述模式信号
(
φ
'
12
)
时，基于所述模式信号
(
φ
'
12
)
产生所述第一外部相移
(
φ
12
)
，并且基于所述模式信号
(
φ
'
12
)
和所述第一控制信号
(
Δφ
)
之间的差值产生所述第一内部相移
(
α1)
；当所述第一控制信号
(
Δφ
)
小于或等于0时，基于所述模式信号
(
φ
'
12
)
和所述第一控制信号
(
Δφ
)
产生所述第一外部相移
(
φ
12
)
，并且基于所述第一受控
DC
电压以及所述第一
DC
电压
(V
DC1
)
与所述第二
DC
电压
(V
DC2
)
之间的电压增益
(M
12
)
产生所述第一内部相移
(
α1)。6.
根据上述权利要求中任一项所述的装置
(100)
，其特征在于，所述第一控制环路
(152)
在降压模式下工作
。7.
根据上述权利要求中任一项所述的装置
(100)
，其特征在于，所述第二控制环路
(154)
用于：基于第二受控
DC
电压和第二参考电压
(V
ref2
)
产生控制频率
(f
sPI
)
和第二控制信号
(
φ
23PI
)
，其中，当功率从所述第三端口
(106)
传递到所述第二端口
(104)
时，所述第二受控
DC
电压被设置为所述第二
DC
电压
(V
DC2
)
，并且当功率从所述第二端口
(104)
传递到所述第三端口
(106)
时，所述第二受控
DC
电压被设置为所述第三
DC
电压
(V
DC3
)
；当所述控制频率
(f
sPI
)
大于最大开关频率
(f
smax
)
时，将所述开关频率
(f
s
)
设置为所述最大开关频率
(f
smax
)
，并产生与所述第二控制信号
(
...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧抒昱，穆罕默德，
申请(专利权)人：华为数字能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：