[发明专利]一种双向DC/DC功率变换器控制电路的控制方法

说明书

本发明公开了一种双向DC/DC功率变换器控制电路及其控制方法，属于功率变换器的控制电路领域。所述的控制电路包括分压检测电路、电压跟随器、A/D转换电路、数字控制器以及驱动电路；所述的控制方法，以控制高压侧的电压为例，当功率变换器处于稳态工作时，数字控制器采用PID控制模式来稳定高压侧电压；当分压检测电路检测到高压侧电压的波动超过给定阈值时，从PID控制模式切换到相应的Buck或Boost模式下的电容电荷平衡控制。针对现有技术的双向DC/DC功率变换器的动态性能不佳的问题，本发明在保证最优的暂态响应过程的同时还具有较高的稳态输出精度，适用于任意的非隔离型的双向DC/DC功率变换器。

技术领域

本发明涉及功率变换器的控制电路领域，更具体地讲，涉及一种双向DC/DC功率变换器控制电路及其控制方法。

背景技术

随着太阳能、风能等可再生能源的广泛运用，可再生能源在发电时间上的不连续性和随机性等问题日益显著，使得它们并入微电网后引起母线电压波动，影响电能质量。通常通过双向DC/DC功率变换器连接直流母线和超级电容等储能设备，实现能量缓冲来稳定母线电压。双向DC/DC功率变换器实现了能量的双象限流动，即功率不仅可以从输入端流向输出端，也能从输出端流向输入端，在功能上相当于两个单向的DC/DC功率变换器，是典型的“一机两用”设备。在需要双向能量流动的应用场合，双向DC/DC功率变换器可以大幅度减轻系统的体积重量及成本，被广泛运用在电动汽车、储能系统、分布式发电、电能质量调节和航空电源系统等领域，因此具有重要的研究价值。

目前，关于双向DC/DC功率变换器的拓扑和效率等问题的研究已经取得了显著成就。但随着运用场合的增加，对双向DC/DC功率变换器的动态性能(包括暂态调节时间，超调量和下调量)也提出了更高的要求。对于如何提高DC/DC功率变换器动态性能的研究，国内外学者已经取得了一系列研究成果，比如《Low Cost Microcontroller BasedImplementation of Robust Voltage Based Capacitor Charge Balance ControlAlgorithm》，IEEE Transactions on Industrial Informatics,2013,9(2):869-879，文中提出了基于电容电荷平衡控制的控制策略，实现了Buck变换器的近似最佳动态响应过程；《Adaptive High-bandwidth Digitally Controlled Buck Converter with ImprovedLine and Load Transient response》,IET Power Electronics,2014,7(3):515-526，文中将一种自适应三阶数字控制器应用于Buck变换器中，减小了变换器的调节时间和输出电压偏差；《Direct Voltage Control of DC–DC Boost Converters Using Enumeration-Based Model Predictive Control》,IEEE Transactions on Power Electronics,2014,29(2):968-978，文中提出了一种基于枚举的模型预测控制策略，提高了变换器的动态性能和鲁棒性。虽然这些控制策略可以较好地改善功率变换器的动态性能，但它们都至少存在以下缺点之一：1)系统的开关频率是变化的，对滤波器的带宽设计提出更高的要求，滤波器设计起来难度较大；2)算法复杂，实现起来成本较高且不易调试；3)只适用于单向的DC/DC功率变换器，控制算法上不能做到吸收电流，所以不能应用于双向DC/DC功率变换器；4)开关次数多，开关变换器的开关损耗高，变换器转换效率较低。