[發明專利]一種非隔離式雙向DC/DC變換器的控制電路及其控制方法

無效

• 申請號: 200910010216.5
• 申請日: 2009-01-19
• 公開（公告）號: CN101478235A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發明（設計）人: 王雪迪;高宏洋;王云聲
• 申請（專利權）人: 中國北車股份有限公司大連電力牽引研發中心
• 主分類號: H02M3/10
• 分類號: H02M3/10;G05F1/10
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司
• 代理人: 李洪福

技術領域

本發明涉及一種雙向DC/DC變換器的控制電路及其控制方法，特別是涉及一種非隔離式雙向DC/DC變換器的控制電路及其控制方法。

背景技術

非隔離式雙向DC/DC變換器本質上為一開關電源，為了使輸出電壓保持穩定，并達到一定的穩壓精度，普遍采用單閉環負反饋控制方法。該方法的主要步驟是：將電壓給定值與電壓反饋值的差值經過PI調節后得到驅動IGBT的導通、關斷比，通過合理設計的PI參數，即可以保證變換器穩定工作。該方法控制簡單、調節方便，因此在工程中得到廣泛應用。但電壓單閉環控制由于電壓開環傳遞函數中只有一個零點，響應速度較慢，在對變換器的動態性能要求較高，如快速建立充放電電流等方面，單閉環控制就難以滿足需要，這主要是因為在單閉環控制中不能完全按照需要來控制動態過程的電流。當變換器受到某種擾動，如電壓變化、電感或是其他元件擾動，都將反映到輸出端，使輸出電壓發生變化后，電壓環才起作用，致使調節滯后。另外在變換器啟動或是其它暫態情況下容易出現過流等問題，從而降低了變換器的總體性能。

發明內容

為克服現有技術存在的上述問題，本發明的目的是要設計一種具有雙閉環控制的非隔離式雙向DC/DC變換器的控制電路并提出一個雙閉環的控制方法。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：一種非隔離式雙向DC/DC變換器的控制電路，包括輸入電壓傳感器、輸出電壓傳感器、DSP控制板、IGBT驅動電路，所述的輸入電壓傳感器并聯到雙向DC/DC變換器主電路的輸入端，輸出電壓傳感器并聯到雙向DC/DC變換器主電路的輸出端，所述的DSP控制板分別與輸入電壓傳感器的第三個端子、輸出電壓傳感器的第三個端子及IGBT驅動電路連接，所述的控制電路還包括輸入電流傳感器，所述的輸入電流傳感器串聯到雙向DC/DC變換器主電路的輸入電路，輸入電流傳感器的第三個端子與DSP控制板連接。

本發明所述的DSP控制板由數字信號處理器DSP及外圍電路組成。

本發明所述的外圍電路包括晶振、電源、AD采樣、PWM輸出隔離。

本發明所述的數字信號處理器DSP是TMS320LF2407數字信號處理器。

一種非隔離式雙向DC/DC變換器的控制電路的控制方法包括以下步驟：

A、采樣：由輸入電壓傳感器、輸出電壓傳感器、輸入電流傳感器分別對雙向DC/DC變換器主電路的輸入電壓、輸出電壓及輸入電流采樣；

B、電壓外環調節：由DSP控制板的控制程序判定雙向DC/DC變換器主電路的輸入電壓采樣值是否達到限定值，如果未達到限定值，則調用恒壓充放電程序產生電流環調節的參考電流，如果達到限定值，則調用恒流充放電程序產生電流環調節的參考電流；

C、電流內環調節：由DSP控制板的控制程序對電流環的參考電流與輸入電流傳感器的采樣電流值進行比較，并產生驅動IGBT導通、關斷的占空比；

D、產生PWM波形：由DSP控制板的控制程序根據IGBT導通、關斷的占空比產生PWM波形，通過IGBT驅動電路驅動雙向DC/DC變換器主電路的IGBT。

本發明所述的電壓外環調節、電流內環調節采用的是防積分飽和的數字PI調節器。

本發明所述的采樣方法是連續采樣10次，由DSP控制板對采樣信號進行數字濾波，濾波的方法是將10次采樣信號去掉最大值和最小值，再用其余的8個采樣值求算術平均值。

本發明所述的控制程序是控制方法的核心算法程序，預先寫入DSP控制板。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

1、由于本發明將非隔離式雙向DC/DC變換器的主電路及反饋控制電路作為一個自動控制系統，并加入自動控制單元，將控制方法的核心算法寫入DSP控制板，提高了非隔離式雙向DC/DC變換器的自動化水平。

2、由于本發明采用比例積分的PI調節器作為校正裝置，提高了系統的穩定性，兼顧了快速響應和消除靜差兩方面的要求，程序中采用數字PI控制方法，可防止積分飽和。

3、由于本發明采用了狀態空間平均法對非隔離式雙向DC/DC變換器進行了數學建模，可以從理論上計算電壓、電流調節的PI參數，為工程應用提供理論指導。

4、由于本發明的控制算法可以使非隔離式雙向DC/DC組成的系統穩定性強，穩定范圍寬，具有良好的動態響應，可以在飛輪儲能、燃料電池系統、風力發電等直流母線電壓變化范圍大且需進行直流變換處理的中小功率應用場合推廣應用。

附圖說明

本發明共有附圖2張，其中：

圖1是雙向DC/DC變換器的控制電路圖。