[發(fā)明專利]一種混合PWM控制方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810005923.4
• 申請(qǐng)日: 2018-01-03
• 公開（公告）號(hào): CN109995233B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 寧小磊;肖興興
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鄭州宇通客車股份有限公司
• 主分類號(hào): H02M3/155
• 分類號(hào): H02M3/155
• 代理公司: 鄭州睿信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41119
• 代理人: 陳浩

本發(fā)明涉及一種混合PWM控制方法及裝置，該控制方法包括：實(shí)時(shí)檢測(cè)變換器的輸出電壓和輸出電流，進(jìn)而計(jì)算出PI控制輸出值；對(duì)PI控制輸出值進(jìn)行判斷，若判斷出PI控制輸出值小于第一控制參數(shù)且大于第二控制參數(shù)，則將變換器中開關(guān)管的開通時(shí)間設(shè)置為變換器的輸出電壓的函數(shù)以降低開關(guān)管的頻率，其中變換器的輸出電壓越大，變換器中開關(guān)管的開通時(shí)間越大；根據(jù)設(shè)置的變換器中開關(guān)管的開通時(shí)間對(duì)變換器進(jìn)行控制。本發(fā)明可以增加變頻器的開通時(shí)間，同時(shí)控制降低了電源開關(guān)頻率，開關(guān)頻率的降低可以減小功率器件和磁性器件的損耗。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種混合PWM控制方法及裝置，屬于新能源汽車技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著新能源產(chǎn)業(yè)的商業(yè)化和國(guó)家對(duì)節(jié)能減排的要求，高壓大功率電源逐漸成為電源發(fā)展的趨勢(shì)。電力電子的應(yīng)用朝著高集成度，高效率的方向發(fā)展，同時(shí)對(duì)電源的管理提出了更高的要求。

在新能源汽車車載充電的領(lǐng)域，三電平BUCK電路即三電平直流變換器是一種應(yīng)用廣泛的非隔離拓?fù)洌浣Y(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，包括兩個(gè)分壓電容C1和C2、兩個(gè)功率開關(guān)Q1和Q2、兩個(gè)續(xù)流二極管D1和D2以及濾波電感L1等器件。

當(dāng)占空比D0.5時(shí)，三電平直流變換器中各個(gè)器件的電流變化情況如圖2所示，其工作過程如下：

1.Q1導(dǎo)通，Q2關(guān)斷時(shí)，電容C1對(duì)電感L1和負(fù)載提供能量，電感電流呈現(xiàn)正斜率上升。

2.Q1關(guān)斷，Q2關(guān)斷時(shí)，電感電流呈現(xiàn)負(fù)斜率下降，電感L1給負(fù)載提供能量。

3.Q1關(guān)斷，Q2導(dǎo)通時(shí)，電容C2對(duì)電感L1和負(fù)載提供能量，電感電流呈現(xiàn)正斜率上升。

4.上面的階段循環(huán)。

當(dāng)占空比D0.5時(shí)，三電平直流變換器中各個(gè)器件的電流變化情況如圖3所示，其工作過程如下：

1.Q1導(dǎo)通，Q2同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，電源對(duì)電感L1和負(fù)載提供能量，電感電流呈現(xiàn)正斜率上升。

2.Q1關(guān)斷，Q2還處于導(dǎo)通階段，電感電流呈現(xiàn)負(fù)斜率下降，電感L1給負(fù)載提供能量。

3.Q1再次導(dǎo)通，Q2同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，電源對(duì)電感L1和負(fù)載提供能量，電感電流呈現(xiàn)正斜率上升。

4.上面的階段循環(huán)。

三電平BUCK的拓?fù)鋱D可以推導(dǎo)出其傳遞函數(shù)為Vo＝Vin*D(CCM模式適用)，其中Vin為輸入電壓，Vo為輸出電壓。從傳遞函數(shù)可以得知，BUCK應(yīng)用在輸出寬范圍的電源時(shí)，輸出處于低壓滿載狀態(tài)，其占空比會(huì)非常小，導(dǎo)通時(shí)間非常短。當(dāng)其輸出電壓為最小值Vomin時(shí)，此電壓對(duì)應(yīng)下的占空比是最小占空比Dmin，最小占空比就意味著在低壓滿載的輸出條件下，開通和關(guān)斷的時(shí)間會(huì)有更大的瞬時(shí)電流，同時(shí)電感電流的有效值很大。假設(shè)輸出電壓為V1，輸出功率為P1，在同樣功率和電壓條件下，設(shè)置不同的導(dǎo)通時(shí)間，當(dāng)導(dǎo)通時(shí)間為Ton1時(shí)，其峰值電流為IP1，有效值電流為RMS1；當(dāng)導(dǎo)通時(shí)間為Ton2時(shí)，其峰值電流為IP2，有效值電流為RMS2。由圖4可以看出，導(dǎo)通時(shí)間小的控制得到的峰值電流遠(yuǎn)大于導(dǎo)通時(shí)間長(zhǎng)的控制得到的峰值電流。

由三電平BUCK中開關(guān)損耗的公式P_swtich_loss＝0.5*Vo*Ip*(ton+toff)可以推導(dǎo)出，Ton1開關(guān)期間的開關(guān)損耗遠(yuǎn)大于Ton2開關(guān)期間的開關(guān)損耗。從導(dǎo)通損耗的公式P_con_loss＝RMS^2*Rdson，可以推導(dǎo)出導(dǎo)通時(shí)間小的控制得到的有效值電流遠(yuǎn)大于導(dǎo)通時(shí)間長(zhǎng)的控制得到的有效值電流。綜上分析，導(dǎo)通時(shí)間或者說占空比小的時(shí)候，開通和關(guān)斷的峰值電流較大，會(huì)導(dǎo)致開通和關(guān)斷損耗變大，同時(shí)電感的有效值電流也會(huì)較大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種混合PWM控制方法及裝置，用于解決變換器損耗較大的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種混合PWM控制方法，包括以下方案：