技术领域
[0001] 本
发明涉及电
力电子变换器技术领域,尤其涉及一种双向直流变换器控制电路及其控制方法。
背景技术
[0002] 双向升降压型直流变换器在
光伏发电、
燃料电池发电等新
能源发电领域以及电池充放电等场合有着重要的用途。
[0003] 常见的双向升降压型直流变换器有双向Buck-Boost(如
附图1)、双向Buck/Boost(如附图2)、双向Cuk、双向Zeta-Sepic等非隔离型拓扑和双向反激(如附图3)、双向正激、双向Cuk等隔离型拓扑,在实际的应用中,一般根据需求以及各个拓扑的优缺点综合考虑之后再选择使用。
[0004] 以往较多的直流变换器控制电路为了实现对多个量的控制,需要设计多个
控制器,文献“朱选才,徐德鸿,吴屏,等.
燃料电池发电装置
能量管理控制系统设计[J].中国
电机工程学报,2008,28(11):101-106.”中在燃料电池和超级电容之间设计了交错双向Buck-Boost变换器,为了控制超级电容测的
电压和燃料电池测的
电流,设计了两个控制器分别进行控制,电路结构较复杂。
发明内容
[0005] 本发明的主要目的在于提出一种双向直流变换器控制电路及其控制方法,旨在简化控制电路结构,提升双向直流变换器工作模式变换效率。
[0006] 为实现上述目的,本发明提供一种双向直流变换器控制电路,包括驱动电路、逻辑
信号处理电路、控制器电路、逻辑控制电路、以及模拟
开关,其中,所述模拟开关的输出端与所述控制器电路的反馈输入端连接,所述逻辑控制器的两个输出端分别与所述模拟开关的通道选择控制端、所述逻辑
信号处理电路的使能端连接,所述控制器电路的参考信号输入端连接参考给定信号Vref,所述控制器电路的两个输出端分别输出第一
控制信号Vga、第二控制信号Vgb至所述逻辑信号处理电路的两个输入端,所述逻辑信号处理电路的两个输出端分别输出第一处理信号Vcg1、第二处理信号Vcg2至所述驱动电路的两个输入端,所述驱动电路的两个输出端分别输出与所述第一处理信号Vcg1相对应的第一驱动信号Vg1、与所述第二处理信号Vcg2相对应的第二驱动信号Vg2驱动所述双向直流变换器的开关管;
[0007] 所述模拟开关的两个输入端分别通过第一端口、第二端口与所述双向直流变换器连接,所述双向直流变换器控制电路还包括连接于所述模拟开关与所述第一端口之间的第一电压
采样电路、和/或连接于所述第一端口与所述双向直流变换器之间的第一电流采样电路,以及连接于所述模拟开关与所述第二端口之间的第二电压采样电路、和/或连接于所述第二端口与所述双向直流变换器之间的第二电流采样电路。
[0008] 本发明的进一步的技术方案是,所述第一电压采样电路包括第一分压
电阻R11、第二分压电阻R12,所述第一电流采样电路包括第一电流
传感器,所述第一端口包括电容C1,所述第二电压采样电路包括第一分压电阻R21、第二分压电阻R22,所述第二电流采样电路包括第二电流传感器,所述第二端口包括电容C2,其中,
[0009] 所述第一分压电阻R11的一端连接所述第一端口的正极,另一端分别与所述第二分压电阻R12的输入端、所述模拟开关的输入端连接,所述第二分压电阻R12的另一端连接公共点COM1;所述第一电流传感器的一端与所述电容C1的一端连接,另一端连接所述双向直流变换器正向输入端口的高边,所述第一电流传感器的信号输出端连接到所述模拟开关的输入端,所述电容C1的另一端连接公共点COM1;
[0010] 所述第一分压电阻R21的一端连接所述第二端口的正极,另一端分别与所述第二分压电阻R22的输入端、所述模拟开关的输入端连接,所述第二分压电阻R22的另一端连接公共点COM2;所述第二电流传感器的一端与所述电容C2的一端连接,另一端连接所述双向直流变换器正向输出端口的高边,所述第一电流传感器的信号输出端连接到所述模拟开关的输入端,所述电容C2的另一端连接公共点COM2。
[0011] 本发明的进一步的技术方案是,所述双向直流变换器的主功率拓扑包括双向Buck-Boost非隔离型拓扑、或者双向Buck/Boost非隔离型拓扑、或者双向Cuk非隔离型拓扑、或者双向Zeta-Sepic非隔离型拓扑、或者双向反激隔离型拓扑、或者双向正激隔离型拓扑、或者双向Cuk隔离型拓扑。
[0012] 为实现上述目的,本发明还提出一种双向直流变换器控制电路的控制方法,所述方法应用于如上所述的双向直流变换器控制电路,所述方法包括以下步骤:
[0013] 通过所述第一分压电阻R11和第二分压电阻R12分压得到所述第一端口的电压反馈信号Vf1、和/或通过所述第一电流传感器获得所述电容C1和所述双向直流变换器正向输入端口之间的电流反馈信号If1,通过所述第一分压电阻R21和第二分压电阻R22分压得到所述第二端口的电压反馈信号Vf2、和/或通过所述第二电流传感器获得所述电容C2和所述双向直流变换器正向输出端口之间的电流反馈信号If2;
[0014] 通过所述模拟开关对所述电压反馈信号Vf1和/或电流反馈信号If1,以及所述电压反馈信号Vf2和/或电流反馈信号If2进行处理,得到反馈信号Vfb;
[0015] 通过所述逻辑控制器电路根据当前所需控制的对象给所述模拟开关发送通道选择信号CS,由所述模拟开关根据所述通道选择信号CS开通对应的通道;
[0016] 通过所述控制器电路对参考给定信号Vref和所述反馈信号Vfb进行处理,得到互补的第一控制信号Vga、第二控制信号Vgb,并将所述第一控制信号Vga、第二控制信号Vgb发送至所述逻辑信号处理电路;
[0017] 通过所述逻辑信号处理电路对所述第一控制信号Vga、第二控制信号Vgb进行处理,得到对应的第一处理信号Vcg1、第二处理信号Vcg2,并将所述第一处理信号Vcg1、第二处理信号Vcg2发送至所述驱动电路;
[0018] 通过所述驱动电路对所述第一处理信号Vcg1、第二处理信号Vcg2进行处理得到对应的第一驱动信号Vg1、第二驱动信号Vg2;
[0019] 根据所述第一驱动信号Vg1、第二驱动信号Vg2驱动所述直流变换器中的开关管。
[0020] 本发明的进一步的技术方案是,所述通过所述逻辑信号处理电路对所述第一控制信号Vga、第二控制信号Vgb进行处理,得到对应的第一处理信号Vcg1、第二处理信号Vcg2的步骤之前包括:
[0021] 由所述逻辑控制电路判断所述第一控制信号Vga、第二控制信号Vgb是否满足预设条件;
[0022] 若满足,所述逻辑信号处理电路则不动作;
[0023] 若不满足,则执行所述通过所述逻辑信号处理电路对所述第一控制信号Vga、第二控制信号Vgb进行处理,得到对应的第一处理信号Vcg1、第二处理信号Vcg2的步骤。
[0024] 本发明的进一步的技术方案是,所述预设条件为:
[0025] 所述第一控制信号Vga与所述参考给定信号Vref成正比且所述第一处理信号Vcg1与被控量成正比;或者,
[0026] 所述第一控制信号Vga与所述参考给定信号Vref成反比且所述第一处理信号Vcg1与被控量成反比。
[0027] 本发明的进一步的技术方案是,所述通过所述逻辑信号处理电路对所述第一控制信号Vga、第二控制信号Vgb进行处理的步骤包括:
[0028] 通过所述逻辑信号处理电路对所述第一控制信号Vga、第二控制信号Vgb进行取逆或交错处理。
[0029] 本发明双向直流变换器控制电路及其控制方法的有益效果是:
[0030] 1、电路结构简单,只需要一个控制器就可以对多个被控量进行控制;
[0031] 2、功率双向流动时控制简单,不需要对控制电路结构进行任何更改;
[0032] 3、双向直流变换器工作模式变换效率高。
附图说明
[0033] 图1是
现有技术中双向Buck-Boost变换器的电路结构示意图;
[0034] 图2是现有技术中双向Buck/Boost变换器的电路结构示意图;
[0035] 图3是现有技术中双向
反激变换器示意图;
[0036] 图4是本发明双向直流变换器控制电路的电路结构示意图;
[0037] 图5是当逻辑信号电路动作时的输入和
输出信号波形关系示意图。
[0038] 本发明目的的实现、功能特点及优点将结合
实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0039] 应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
[0040] 考虑到现有技术中直流变换器控制电路为了实现对多个量的控制,需要设计多个控制器,电路结构复杂,由此,本发提出一种双向直流变换器控制电路及其控制方法。
[0041] 其中,本发明提出的双向直流变换器控制电路包括驱动电路、逻辑信号处理电路、控制器电路、逻辑控制电路、以及模拟开关,模拟开关的两个输入端分别通过第一端口、第二端口与所述双向直流变换器连接,该双向直流变换器控制电路还包括连接于所述模拟开关与所述第一端口之间的第一电压采样电路、和/或连接于所述第一端口与所述双向直流变换器之间的第一电流采样电路,以及连接于所述模拟开关与所述第二端口之间的第二电压采样电路、和/或连接于所述第二端口与所述双向直流变换器之间的第二电流采样电路。
[0042] 由于双向直流变换器具有两个端口,因此该双向直流变换器控制电路最多有四个被控量:第一端口的电压和电流、第二端口的电压和电流,通过逻辑控制电路和模拟开关的配合,只需要一个控制器就可以在任意时刻对其中的任意一个被控量进行控制;当功率流向改变时,不需要对电路结构进行更改,通过逻辑控制电路和逻辑信号处理电路的配合,可以使双向直流变换器在正向工作模式和反相工作模式之间任意切换。
[0043] 以下结合图4和图5对本发明双向直流变换器控制电路进行详细阐述。
[0044] 如图4和图5所示,本发明提出的双向直流变换器控制电路包括驱动电路009、逻辑信号处理电路008、控制器电路007、逻辑控制电路006、以及模拟开关005,其中,所述模拟开关005的输出端与所述控制器电路007的反馈输入端连接,所述逻辑控制器的两个输出端分别与所述模拟开关005的通道选择控制端、所述逻辑信号处理电路008的使能端连接,所述控制器电路007的参考信号输入端连接参考给定信号Vref,所述控制器电路007的两个输出端分别输出第一控制信号Vga、第二控制信号Vgb至所述逻辑信号处理电路008的两个输入端,所述逻辑信号处理电路008的两个输出端分别输出第一处理信号Vcg1、第二处理信号Vcg2至所述驱动电路009的两个输入端,所述驱动电路009的两个输出端分别输出与所述第一处理信号Vcg1相对应的第一驱动信号Vg1、与所述第二处理信号Vcg2相对应的第二驱动信号Vg2驱动所述双向直流变换器的开关管。
[0045] 所述模拟开关005的两个输入端分别通过第一端口、第二端口与所述双向直流变换器连接,所述双向直流变换器控制电路还包括连接于所述模拟开关005与所述第一端口之间的第一电压采样电路001、和/或连接于所述第一端口与所述双向直流变换器之间的第一电流采样电路002,以及连接于所述模拟开关005与所述第二端口之间的第二电压采样电路003、和/或连接于所述第二端口与所述双向直流变换器之间的第二电流采样电路004。
[0046] 需要说明的是,所述双向直流变换器的主功率拓扑包括双向Buck-Boost(如图1所示)、或者双向Buck/Boost(如图2所示)、或者双向Cuk、或者双向Zeta-Sepic等非隔离型拓扑和双向反激(如图3所示)、或者双向正激、或者双向Cuk等隔离型拓扑。
[0047] 本发明对所述逻辑控制电路006、控制器电路007和逻辑信号处理电路008的具体实现方式不做限定,可以采用模拟电路实现,也可以采用通用或专用数字控制器实现。
[0048] 进一步的,本发明双向直流变换器控制电路中,所述第一电压采样电路001包括第一分压电阻R11、第二分压电阻R12,所述第一电流采样电路002包括第一电流传感器,所述第一端口包括电容C1,所述第二电压采样电路003包括第一分压电阻R21、第二分压电阻R22,所述第二电流采样电路004包括第二电流传感器,所述第二端口包括电容C2。
[0049] 其中,所述第一分压电阻R11的一端连接所述第一端口的正极,另一端分别与所述第二分压电阻R12的输入端、所述模拟开关005的输入端连接,所述第二分压电阻R12的另一端连接公共点COM1;所述第一电流传感器的一端与所述电容C1的一端连接,另一端连接所述双向直流变换器正向输入端口的高边,所述第一电流传感器的信号输出端连接到所述模拟开关005的输入端,所述电容C1的另一端连接公共点COM1。
[0050] 所述第一分压电阻R21的一端连接所述第二端口的正极,另一端分别与所述第二分压电阻R22的输入端、所述模拟开关005的输入端连接,所述第二分压电阻R22的另一端连接公共点COM2;所述第二电流传感器的一端与所述电容C2的一端连接,另一端连接所述双向直流变换器正向输出端口的高边,所述第一电流传感器的信号输出端连接到所述模拟开关005的输入端,所述电容C2的另一端连接公共点COM2。
[0051] 综上所述,本发明双向直流变换器控制电路通过上述技术方案取得了以下技术效果:
[0052] 1、电路结构简单,只需要一个控制器就可以对多个被控量进行控制;
[0053] 2、功率双向流动时控制简单,不需要对控制电路结构进行任何更改;
[0054] 3、双向直流变换器工作模式变换效率高。
[0055] 为实现上述目的,本发明还提出一种双向直流变换器控制电路控制方法,其中,所述方法应用于如上所述的双向直流变换器控制电路,所述方法包括以下步骤:
[0056] 步骤S10,通过所述第一分压电阻R11和第二分压电阻R12分压得到所述第一端口的电压反馈信号Vf1、和/或通过所述第一电流传感器获得所述电容C1和所述双向直流变换器正向输入端口之间的电流反馈信号If1,通过所述第一分压电阻R21和第二分压电阻R22分压得到所述第二端口的电压反馈信号Vf2、和/或通过所述第二电流传感器获得所述电容C2和所述双向直流变换器正向输出端口之间的电流反馈信号If2;
[0057] 步骤S20,通过所述模拟开关005对所述电压反馈信号Vf1和/或电流反馈信号If1,以及所述电压反馈信号Vf2和/或电流反馈信号If2进行处理,得到反馈信号Vfb;
[0058] 步骤S30,通过所述逻辑控制器电路007根据当前所需控制的对象给所述模拟开关005发送通道选择信号CS,由所述模拟开关005根据所述通道选择信号CS开通对应的通道;
[0059] 步骤S40,通过所述控制器电路007对参考给定信号Vref和所述反馈信号Vfb进行处理,得到互补的第一控制信号Vga、第二控制信号Vgb,并将所述第一控制信号Vga、第二控制信号Vgb发送至所述逻辑信号处理电路008;
[0060] 步骤S50,通过所述逻辑信号处理电路008对所述第一控制信号Vga、第二控制信号Vgb进行处理,得到对应的第一处理信号Vcg1、第二处理信号Vcg2,并将所述第一处理信号Vcg1、第二处理信号Vcg2发送至所述驱动电路009;
[0061] 步骤S60,通过所述驱动电路009对所述第一处理信号Vcg1、第二处理信号Vcg2进行处理得到对应的第一驱动信号Vg1、第二驱动信号Vg2;
[0062] 步骤S70,根据所述第一驱动信号Vg1、第二驱动信号Vg2驱动所述直流变换器中的开关管。
[0063] 进一步的,作为一种实施方式,上述步骤S50,通过所述逻辑信号处理电路008对所述第一控制信号Vga、第二控制信号Vgb进行处理的步骤之前包括:
[0064] 由所述逻辑控制电路006判断所述第一控制信号Vga、第二控制信号Vgb是否满足预设条件;
[0065] 若满足,所述逻辑信号处理电路008则不动作;
[0066] 若不满足,则执行所述通过所述逻辑信号处理电路008对所述第一控制信号Vga、第二控制信号Vgb进行处理,得到对应的第一处理信号Vcg1、第二处理信号Vcg2的步骤。
[0067] 其中,所述预设条件为:所述第一控制信号Vga与所述参考给定信号Vref成正比且所述第一处理信号Vcg1与被控量成正比;或者,所述第一控制信号Vga与所述参考给定信号Vref成反比且所述第一处理信号Vcg1与被控量成反比。
[0068] 更进一步的,上述步骤S50,通过所述逻辑信号处理电路008对所述第一控制信号Vga、第二控制信号Vgb进行处理的步骤包括:
[0069] 通过所述逻辑信号处理电路008对所述第一控制信号Vga、第二控制信号Vgb进行取逆或交错处理。
[0070] 综上所述,本发明双向直流变换器控制电路控制方法通过上述技术方案取得了以下技术效果:
[0071] 1、电路结构简单,只需要一个控制器就可以对多个被控量进行控制;
[0072] 2、功率双向流动时控制简单,不需要对控制电路结构进行任何更改;
[0073] 3、双向直流变换器工作模式变换效率高。
[0074] 以上仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的
专利范围,凡是利用本发明
说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。