[发明专利]一种用于双向直流变换器的双环控制电路和方法

权利要求书

1.一种用于双向直流变换器的双环控制电路，其特征在于：包括外环电路、内环电路、驱动波形产生电路和双向直流变换器，所述外环电路包括电压外环控制器、正向电流外环控制器、隔离选通电路、取负电路和反向电流外环控制器，电压外环控制器的输入端分别连接给定电压Ug和采样电压Us，正向电流外环控制器的输入端分别连接给定电流Ig和采样电流Is，电压外环控制器和正向电流外环控制器的输出端均连接至隔离选通电路的同一个输入端，取负电路的同相输入端接地，反相输入端连接给定电流Ig，取负电路的输出端连接至反向电流外环控制器的一个输入端，反向电流外环控制器的另一个输入端连接采样电流Is，隔离选通电路的输出端和反向电流外环控制器的输出端在高选通逻辑电路作用下择一输出信号VIC；内环电路的输入端分别连接外环电路输出信号VIC和采样电流Is，内环电路的输出端输出特定幅值的PI信号，驱动波形产生电路包括比较器、斯密特反相器、两路死区电路和两路放大电路，比较器的输入端分别连接PI信号和三角波，比较器的输出端一路经死区电路和放大电路处理后输出PWM驱动波形PWM-1，另一路 经斯密特反相器、另一路死区电路和放大电路处理后输出PWM驱动波形PWM-2，PWM-1 和PWM-2分别控制双向直流变换器的开关管T1、T2工作；所述采样电压Us和采样电流Is均是在双向直流变换器输出端采样。

2.根据权利要求1所述的用于双向直流变换器的双环控制电路，其特征在于：电压外环控制器包括运算放大器U1A和二极管D1，运算放大器U1A的同相输入端连接给定电压Ug，反相输入端连接采样电压Us，运算放大器U1A的输出端连接二极管D1的负极，二极管D1的正极连接至隔离选通电路的输入端。

3.根据权利要求1所述的用于双向直流变换器的双环控制电路，其特征在于：正向电流外环控制器包括运算放大器U2A和二极管D2，运算放大器U2A的同相输入端连接给定电流Ig，反相输入端连接采样电流Is，运算放大器U2A的输出端连接至二极管D2的负极，二极管D2的正极连接至隔离选通电路的输入端。

4.根据权利要求1所述的用于双向直流变换器的双环控制电路，其特征在于：隔离选通电路包括运算放大器U3A和二极管，运算放大器U3A的同相输入端连接电压外环控制器和正向电流外环控制器的输出端，反相输入端连接至其输出端，运算放大器U3A的输出端连接至二极管的正极，二极管的负极连接至内环电路的输入端。

5.根据权利要求1所述的用于双向直流变换器的双环控制电路，其特征在于：反向电流外环控制器包括PI调节器和二极管，PI调节器的输入端分别连接取负电路的输出端和采样电流Is，PI调节器的输出端连接至二极管的正极，二极管的负极连接至内环电路的输入端。

6.根据权利要求2所述的用于双向直流变换器的双环控制电路，其特征在于：运算放大器外U1A外连接有零极点控制电路，零极点控制电路包括电阻R1、R2、R3、R4、电容C1、C2、C3，电阻R1连接于采样电压Us与运算放大器U1A的反相输入端之间，电阻R2连接于给定电压Ug与运算放大器U1A的同相输入端之间，电阻R4、电容C3串联于电阻R1两端，电容C1连接于运算放大器U1A的反相输入端与运算放大器U1A的输出端之间，串联的电阻R3、电容C2与电容C1并联，也是连接于运算放大器的反相输入端与运算放大器U1A的输出端之间；零极点控制电路使电压外环控制器有两个零点和三个极点，另个零点分别为：，，三个极点分别为：，,。

7.一种用于双向直流变换器的双环控制方法，其特征在于：所述控制方法基于权利要求4所述控制电路，包括以下步骤：S01）、通过加在双向直流变换器输出端Uo的电压实现源模式和载模式之间的切换，当外部加在输出端Uo的电压高于变换器输出电压时，双向直流变换器运行在载模式，当外部加在输出端Uo的电压低于变换器输出电压时，变换器运行在源模式；S02）、通过给定信号与采样信号的大小关系变化实现正向恒压、正向恒流、反向恒压、反向恒流之间的变换。

8.根据权利要求7所述的用于双向直流变换器的双环控制方法，其特征在于：步骤S02中，源模式下，恒压状态与恒流状态之间的切换过程为：当Us≥Ug且Is＜Ig时，VD1小于VD2，低选通逻辑电路1工作，电压外环控制器选通，双向直流变换器工作在恒压状态；此时如果运行参数Ig和Ug变化为Ug＞Us，Ig≤Is，这时VD1增大， VD2减小，变化至VD1＞VD2时，低选通逻辑电路1停止工作，低选通逻辑电路2导通，电压外环控制器关断，正向电流外环控制器选通，变换器由恒压状态切换至恒流状态；同理，源模式下，运行参数由Ug＞Us，Ig≤Is变化到Us≥Ug，Is＜Ig，双向直流变换器由恒流状态切换至恒压状态；载模式下，恒压状态与恒流状态之间的切换过程为：首先，当外部加到Uo端的电压大于输出电压时，电流被迫为负，此时Is＜0；变换器运行在载模式，载模式下，Us＞Ug，Is＜Ig，使VD2始终大于VD1，所以，在低选通逻辑电路1和低选通逻辑电路2之间低选通逻辑电路2始终不工作，正向电流外环控制器始终处于关断状态；当Us＞Ug，Is≤-Ig时，VD4＞VD3，高选通逻辑电路1不工作，高选通逻辑电路2工作，反向电流外环控制器选通，变换器工作在恒流状态，当运行参数变化到Us＞Ug，Is＞-Ig，经过动态调节之后，VD3＞VD4，高选通逻辑电路2不工作，高选通逻辑电路1和低选通逻辑电路1同时工作，变换器切换到恒压状态下；同理，载模式下，运行参数由Us＞Ug，Is＞-Ig变化到Us＞Ug，Is≤-Ig，变换器由恒流状态切换至恒压状态。