[发明专利]一种非隔离式双向DC/DC变换器的控制电路及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双向DC/DC变换器的控制电路及其控制方法，特别是涉及一种非隔离式双向DC/DC变换器的控制电路及其控制方法。

背景技术

非隔离式双向DC/DC变换器本质上为一开关电源，为了使输出电压保持稳定，并达到一定的稳压精度，普遍采用单闭环负反馈控制方法。该方法的主要步骤是：将电压给定值与电压反馈值的差值经过PI调节后得到驱动IGBT的导通、关断比，通过合理设计的PI参数，即可以保证变换器稳定工作。该方法控制简单、调节方便，因此在工程中得到广泛应用。但电压单闭环控制由于电压开环传递函数中只有一个零点，响应速度较慢，在对变换器的动态性能要求较高，如快速建立充放电电流等方面，单闭环控制就难以满足需要，这主要是因为在单闭环控制中不能完全按照需要来控制动态过程的电流。当变换器受到某种扰动，如电压变化、电感或是其他元件扰动，都将反映到输出端，使输出电压发生变化后，电压环才起作用，致使调节滞后。另外在变换器启动或是其它暂态情况下容易出现过流等问题，从而降低了变换器的总体性能。

发明内容

为克服现有技术存在的上述问题，本发明的目的是要设计一种具有双闭环控制的非隔离式双向DC/DC变换器的控制电路并提出一个双闭环的控制方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种非隔离式双向DC/DC变换器的控制电路，包括输入电压传感器、输出电压传感器、DSP控制板、IGBT驱动电路，所述的输入电压传感器并联到双向DC/DC变换器主电路的输入端，输出电压传感器并联到双向DC/DC变换器主电路的输出端，所述的DSP控制板分别与输入电压传感器的第三个端子、输出电压传感器的第三个端子及IGBT驱动电路连接，所述的控制电路还包括输入电流传感器，所述的输入电流传感器串联到双向DC/DC变换器主电路的输入电路，输入电流传感器的第三个端子与DSP控制板连接。

本发明所述的DSP控制板由数字信号处理器DSP及外围电路组成。

本发明所述的外围电路包括晶振、电源、AD采样、PWM输出隔离。

本发明所述的数字信号处理器DSP是TMS320LF2407数字信号处理器。

一种非隔离式双向DC/DC变换器的控制电路的控制方法包括以下步骤：

A、采样：由输入电压传感器、输出电压传感器、输入电流传感器分别对双向DC/DC变换器主电路的输入电压、输出电压及输入电流采样；

B、电压外环调节：由DSP控制板的控制程序判定双向DC/DC变换器主电路的输入电压采样值是否达到限定值，如果未达到限定值，则调用恒压充放电程序产生电流环调节的参考电流，如果达到限定值，则调用恒流充放电程序产生电流环调节的参考电流；

C、电流内环调节：由DSP控制板的控制程序对电流环的参考电流与输入电流传感器的采样电流值进行比较，并产生驱动IGBT导通、关断的占空比；

D、产生PWM波形：由DSP控制板的控制程序根据IGBT导通、关断的占空比产生PWM波形，通过IGBT驱动电路驱动双向DC/DC变换器主电路的IGBT。

本发明所述的电压外环调节、电流内环调节采用的是防积分饱和的数字PI调节器。

本发明所述的采样方法是连续采样10次，由DSP控制板对采样信号进行数字滤波，滤波的方法是将10次采样信号去掉最大值和最小值，再用其余的8个采样值求算术平均值。

本发明所述的控制程序是控制方法的核心算法程序，预先写入DSP控制板。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、由于本发明将非隔离式双向DC/DC变换器的主电路及反馈控制电路作为一个自动控制系统，并加入自动控制单元，将控制方法的核心算法写入DSP控制板，提高了非隔离式双向DC/DC变换器的自动化水平。

2、由于本发明采用比例积分的PI调节器作为校正装置，提高了系统的稳定性，兼顾了快速响应和消除静差两方面的要求，程序中采用数字PI控制方法，可防止积分饱和。

3、由于本发明采用了状态空间平均法对非隔离式双向DC/DC变换器进行了数学建模，可以从理论上计算电压、电流调节的PI参数，为工程应用提供理论指导。

4、由于本发明的控制算法可以使非隔离式双向DC/DC组成的系统稳定性强，稳定范围宽，具有良好的动态响应，可以在飞轮储能、燃料电池系统、风力发电等直流母线电压变化范围大且需进行直流变换处理的中小功率应用场合推广应用。

附图说明

本发明共有附图2张，其中：

图1是双向DC/DC变换器的控制电路图。