CN110311550B

CN110311550B - 一种两模块isop直直变换器均压控制方法

Info

Publication number: CN110311550B
Application number: CN201910669081.7A
Authority: CN
Inventors: 任磊; 杨坤; 龚春英; 仇伟; 李明蔚; 李杨; 袁牧琳
Original assignee: Nantong University
Current assignee: Nantong University
Priority date: 2019-07-24
Filing date: 2019-07-24
Publication date: 2020-12-22
Anticipated expiration: 2039-07-24
Also published as: CN110311550A

Abstract

本发明公开了一种两模块ISOP直直变换器均压控制方法，属于电能变换装置中的控制技术领域。该方法可以在使用一个电压外环的情况下实现输入均压以及输出均流，降低了控制电路的复杂性。该方法将两路直直变换器的输入电压分别作为对方输入电压调节器反馈信号，输出电压调节器的输出信号为输入电压调节器的基准。调制信号可通过以下两种方式产生：1.输出电压调节器的输出可以直接作为调制信号；2.输出电压调节器的输出作为电流调节器的基准，电流调节器的输出作为调制信号。调制信号通过调制驱动电路，最终产生控制两个直直变换器的功率开关管工作的驱动信号。该方法具有控制电路结构简单、实现方便等优点。

Description

一种两模块ISOP直直变换器均压控制方法

技术领域：

本发明涉及电能变换装置中的控制技术，尤其涉及的是一种两模块ISOP直直变换器均压控制方法。

背景技术：

输入串联输出并联型(ISOP)直直变换器能降低开关管的开关应力，适用于高压输入、大电流输出的直流变换的场合。为了保证该变换器的可靠工作，必须确保其输入分压均压以及输出电流均流。

采用相同的占空比是最为简单的方法，由于占空比相等，输入电压的不平衡将导致输入电压高的模块抽取更大的电流，从而达到输入电压的自动均衡。但是这种控制策略要求所有模块的参数必须很好匹配，否则均压效果不佳。双环控制策略，只用一个电压环和两个电流环来控制，即电压环的输出作为两个电流环的给定值，两电流环的输出分别和两控制芯片的锯齿波交截来产生各自的占空比，因为两电流环的给定值是相等的，所以在稳态时是能够实现均流的。但是，若一模块输入电压有一扰动使其增加，输出电压的反馈信号通过控制环降低它的占空比，因此它的平均输入电流将降低，这样将导致相应模块输入电压的进一步增加，而另一模块的输入电压进一步降低，因此不能实现均压。双环交叉控制策略，同样只用一个电压环和两个电流环来控制。模块1和模块2电流内环的反馈信号分别为模块2和模块1的滤波电感电流信号，该控制方式虽然能够做到输出均流，但在保证参数一致性的情况下，才能保证输入均压。三环控制策略，一个输出电压外环、一个输入均压外环、一个电流内环，虽然该方法可以同时保证输入均压和输出均流，但是该方法使用了两个电压外环，控制较为复杂。因此需要一种更简单、更有效的均压控制方法，优化变换器的工作性能。

发明内容：

有鉴于此，本发明目的在于提供一种两模块ISOP直直变换器均压控制方法，以解决现有技术中采用多个电压外环控制过于复杂且系统不稳定的问题。

为实现以上目的，本发明提供如下技术方案：

本发明公开了一种两模块ISOP直直变换器均压控制方法，其中两模块ISOP直直变换器均压控制方法中所涉及到的控制结构包括输入电源V_in、输入分压电容C_in1与输入分压电容C_in2、直直变换器1与直直变换器2、输出滤波电容C_f、负载R_L、输出电压调节器、输入电压调节器1与输入电压调节器2、调制信号产生电路1与调制信号产生电路2、调制驱动电路1与调制驱动电路2，输入电源V_in正极接至输入分压电容C_in1的正极，输入电源V_in负极接至输入分压电容C_in2的负极，输入分压电容C_in1的负极与输入分压电容C_in2的正极相连，输入分压电容C_in1接至直直变换器1的输入端，输入分压电容C_in2接至直直变换器2的输入端，直直变换器1与直直变换器2并联后接至输出滤波电容C_f，且负载R_L与输出滤波电容C_f并联，输出电压v_o的输出电压反馈信号v_{o_f}接至输出电压调节器的反相端，电压基准信号V_ref接至输出电压调节器的同相端，输出电压调节器的输出信号同时接至输入电压调节器1与输入电压调节器2的同相端，输入分压电容C_in1的输入电压反馈信号v_{in1_f}接至输入电压调节器2的反相端，输入分压电容C_in2的输入电压反馈信号v_{in2_f}接至输入电压调节器1的反相端，输入电压调节器1与输入电压调节器2的输出分别接至调制信号产生电路1与调制信号产生电路2的输入端，调制信号产生电路1与调制信号产生电路2的输出分别接至调制驱动电路1与调制驱动电路2，调制驱动电路1与调制驱动电路2的输出分别驱动直直变换器1与直直变换器2的工作，两模块ISOP直直变换器均压控制方法包括以下步骤：

采样输出电压v_o得到输出电压反馈信号v_{o_f}，将其与电压基准信号V_ref作差后产生的信号送入所述输出电压调节器，得到输出电压调节器的输出电压误差放大信号v_oe；

采样输入分压电容C_in1的输入电压得到输入电压反馈信号v_{in1_f}，将其与所述输出电压误差放大信号v_oe作差后送入输入电压调节器2，得到输入电压调节器2的输入电压误差放大信号v_ie2；

采样输入分压电容C_in2的输入电压得到所述输入电压反馈信号v_{in2_f}，将其与所述输出电压误差放大信号v_oe作差后送入输入电压调节器1，得到输入电压调节器1的输入电压误差放大信号v_ie1；

将所述输入电压误差放大信号v_ie1送入调制信号产生电路1，得到调制信号v_r1，将所述调制信号v_r1送入调制驱动电路1，调制驱动电路1产生的驱动信号控制直直变换器1的工作；将所述输入电压误差放大信号v_ie2送入调制信号产生电路2，得到调制信号v_r2，将所述调制信号v_r2送入调制驱动电路2，调制驱动电路2产生的驱动信号控制直直变换器2的工作。

优选的，所述调制信号发生电路1和所述调制信号发生电路2均为直通电路，即直接将输入电压误差放大信号v_ie1与输入电压误差放大信号v_ie2分别作为调制信号v_r1与调制信号v_r2。

优选的，所述调制信号发生电路1和所述调制信号发生电路2均为电流调节器。

本方法通过使用输入电压内环跟踪同一个电压基准(输出电压控制器的输出)的方式，实现输入电压的均衡，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)只使用了一个电压外环的结构，设计更为简单；

(2)对于模拟电路，减少了运放的使用量，降低了成本；

(3)只存在一个电压外环的结构，系统更容易稳定。

附图说明：

图1是本发明实施例1提供的两模块ISOP直直变换器输入均压控制方法结构示意图。

图2是本发明实施例1在两模块ISOP直直变换器中的主要波形仿真图。

图3是本发明实施例2提供的两模块ISOP直直变换器输入均压控制方法结构示意图。

图4是本发明实施例2在两模块ISOP直直变换器中的主要波形仿真图。

具体实施方式：

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种两模块ISOP直直变换器均压控制方法，两模块ISOP直直变换器均压控制方法中所涉及到的控制结构包括输入电源V_in、输入分压电容C_in1与C_in2、直直变换器1与直直变换器2、输出滤波电容C_f、负载R_L、输出电压调节器、输入电压调节器1与输入电压调节器2、调制信号产生电路1与调制信号产生电路2、调制驱动电路1与调制驱动电路2，输入电源V_in正极接至输入分压电容C_in1的正极，输入电源V_in负极接至输入分压电容C_in2的负极，输入分压电容C_in1的负极与输入分压电容C_in2的正极相连，输入分压电容C_in1接至直直变换器1的输入端，输入分压电容C_in2接至直直变换器2#的输入端，直直变换器1与直直变换器2并联接至输出滤波电容C_f与负载R_L，所述输出电压v_o的采样信号v_{o_f}与电压基准信号分别接至输出电压调节器的反相端与同相端，输出电压调节器的输出信号分别接至输入电压调节器1与输入电压调节器2的同相端，输入分压电容C_in1的采样电压v_{in1_f}与输入分压电容C_in2的采样电压v_{in2_f}分别接至输入电压调节器2与输入电压调节器1的反相端，输入电压调节器1与输入电压调节器2的输出分别接至调制信号产生电路1与调制信号产生电路2，调制信号产生电路1与调制信号产生电路2的输出分别接至调制驱动电路1与调制驱动电路2，调制驱动电路1与调制驱动电路2的输出分别驱动直直变换器1与直直变换器2的工作。本发明中调制信号产生电路1与调制信号产生电路2优选为直通电路或电流调节器，两模块ISOP直直变换器均压控制方法包括以下步骤：

S1:采样输出电压v_o得到输出电压反馈信号v_{o_f}，将其与电压基准信号V_ref作差后产生的信号送入所述输出电压调节器，得到输出电压调节器的输出电压误差放大信号v_oe；

S2:采样输入分压电容C_in1的输入电压得到输入电压反馈信号v_{in1_f}，将其与所述输出电压误差放大信号v_oe作差后送入输入电压调节器2，得到输入电压调节器2的输入电压误差放大信号v_ie2；

S3:将所述输入电压误差放大信号v_ie1送入调制信号产生电路1，得到调制信号v_r1，将所述调制信号v_r1送入调制驱动电路1，调制驱动电路1产生的驱动信号控制直直变换器1的工作；将所述输入电压误差放大信号v_ie2送入调制信号产生电路2，得到调制信号v_r2，将所述调制信号v_r2送入调制驱动电路2，调制驱动电路2产生的驱动信号控制直直变换器2的工作。

在步骤S3中，调制信号产生电路1和2优选采用直通电路或电流调节器，采用直通电路可以直接将输入电压误差放大信号v_ie1与输入电压误差放大信号v_ie2分别作为调制信号v_r1与调制信号v_r2；采用电流调节器可以增加过流限制，更好地实现均压控制。

实施例1

本发明的一个实施例公开了一种两模块ISOP直直变换器均压控制方法，两模块ISOP直直变换器均压控制方法中所涉及到的控制结构如图1所示，包括输入电源V_in、输入分压电容C_in1与C_in2、直直变换器1与直直变换器2、输出滤波电容C_f、负载R_L、输出电压调节器、输入电压调节器1与输入电压调节器2、电流调节器1与电流调节器2、调制驱动电路1与调制驱动电路2，输入电源V_in正极接至输入分压电容C_in1的正极，输入电源V_in负极接至输入分压电容C_in2的负极，输入分压电容C_in1的负极与输入分压电容C_in2的正极相连，输入分压电容C_in1接至直直变换器1的输入端，输入分压电容C_in2接至直直变换器2#的输入端，直直变换器1与直直变换器2并联接至输出滤波电容C_f与负载R_L，所述输出电压v_o的采样信号v_{o_f}与电压基准信号分别接至输出电压调节器的反相端与同相端，输出电压调节器的输出信号分别接至输入电压调节器1与输入电压调节器2的同相端，输入分压电容C_in1的采样电压v_{in1_f}与输入分压电容C_in2的采样电压v_{in2_f}分别接至输入电压调节器2与输入电压调节器1的反相端，输入电压调节器1与输入电压调节器2的输出分别接至电流调节器1与电流调节器2，电流调节器1与电流调节器2的输出分别接至调制驱动电路1与调制驱动电路2，调制驱动电路1与调制驱动电路2的输出分别驱动直直变换器1与直直变换器2的工作，两模块ISOP直直变换器均压控制方法包括以下步骤：

S3:将v_ie1与v_ie2分别送入电流调节器1与电流调节器2的同相端，采样得到直直变换器1的电流反馈信号i_f1以及直直变换器2的电流反馈信号i_f2，并将i_f1与i_f2分别送入电流调节器1与电流调节器2的反相端，分别得到电流调节器1与电流调节器2的电流误差放大信号i_e1与i_e2，并将电流误差放大信号i_e1与i_e2分别作为调制信号v_r1与v_r2,将调制信号v_r1送入调制驱动电路1，调制驱动电路1产生的驱动信号控制直直变换器1的工作；将调制信号v_r2送入调制驱动电路2，调制驱动电路2产生的驱动信号控制直直变换器2的工作。

图2为使用本发明实施例1中控制方法后的仿真波形图，v_in1与v_in2分别为输入分压电容上的电压，i_L1与i_L2分别为输出滤波电感上的电流，v_o为输出电压，可以看出本发明的方法可以使得两模块ISOP直直变换器输出电压稳定的同时，保证输入电压均分以及输出电流均分。

实施例2

本发明的一个实施例公开了一种两模块ISOP直直变换器均压控制方法，两模块ISOP直直变换器均压控制方法中所涉及到的控制结构如图3所示，包括输入电源V_in、输入分压电容C_in1与C_in2、直直变换器1与直直变换器2、输出滤波电容C_f、负载R_L、输出电压调节器、输入电压调节器1与输入电压调节器2、调制驱动电路1与调制驱动电路2，输入电源V_in正极接至输入分压电容C_in1的正极，输入电源V_in负极接至输入分压电容C_in2的负极，输入分压电容C_in1的负极与输入分压电容C_in2的正极相连，输入分压电容C_in1接至直直变换器1的输入端，输入分压电容C_in2接至直直变换器2的输入端，直直变换器1与直直变换器2并联接至输出滤波电容C_f与负载R_L，所述输出电压v_o的采样信号v_{o_f}与电压基准信号分别接至输出电压调节器的反相端与同相端，输出电压调节器的输出信号分别接至输入电压调节器1与输入电压调节器2的同相端，输入分压电容C_in1的采样电压v_{in1_f}与输入分压电容C_in2的采样电压v_{in2_f}分别接至输入电压调节器2与输入电压调节器1的反相端，输入电压调节器1与输入电压调节器2的输出分别接至调制驱动电路1与调制驱动电路2，调制驱动电路1与调制驱动电路2的输出分别驱动直直变换器1与直直变换器2的工作，两模块ISOP直直变换器均压控制方法包括以下步骤：

S3:直接将输入电压误差放大信号v_ie1与输入电压误差放大信号v_ie2分别作为调制信号v_r1与调制信号v_r2，将调制信号v_r1送入调制驱动电路1，调制驱动电路1产生的驱动信号控制直直变换器1的工作；将调制信号v_r2送入调制驱动电路2，调制驱动电路2产生的驱动信号控制直直变换器2的工作。

图4为使用本发明实施例2中控制方法后的仿真波形图，v_in1与v_in2分别为输入分压电容上的电压，i_L1与i_L2分别为输出滤波电感上的电流，v_o为输出电压，可以看出本发明的方法可以使得两模块ISOP直直变换器输出电压稳定的同时，保证输入电压均分以及输出电流均分。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种两模块ISOP直直变换器均压控制方法，其中两模块ISOP直直变换器均压控制方法中所涉及到的控制结构包括输入电源V_in、输入分压电容C_in1与输入分压电容C_in2、直直变换器1与直直变换器2、输出滤波电容C_f、负载R_L、输出电压调节器、输入电压调节器1与输入电压调节器2、调制信号产生电路1与调制信号产生电路2、调制驱动电路1与调制驱动电路2，输入电源V_in正极接至输入分压电容C_in1的正极，输入电源V_in负极接至输入分压电容C_in2的负极，输入分压电容C_in1的负极与输入分压电容C_in2的正极相连，输入分压电容C_in1接至直直变换器1的输入端，输入分压电容C_in2接至直直变换器2的输入端，直直变换器1的输出端与直直变换器2的输出端并联后接至输出滤波电容C_f，且负载R_L与输出滤波电容C_f并联，输出电压v_o的输出电压反馈信号v_{o_f}接至输出电压调节器的反相端，电压基准信号V_ref接至输出电压调节器的同相端，输出电压调节器的输出信号同时接至输入电压调节器1与输入电压调节器2的同相端，输入分压电容C_in1的输入电压反馈信号v_{in1_f}接至输入电压调节器2的反相端，输入分压电容C_in2的输入电压反馈信号v_{in2_f}接至输入电压调节器1的反相端，输入电压调节器1与输入电压调节器2的输出分别接至调制信号产生电路1与调制信号产生电路2的输入端，调制信号产生电路1与调制信号产生电路2的输出分别接至调制驱动电路1与调制驱动电路2，调制驱动电路1与调制驱动电路2的输出分别驱动直直变换器1与直直变换器2的工作，其特征在于，所述两模块ISOP直直变换器均压控制方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种两模块ISOP直直变换器均压控制方法，其特征在于，所述调制信号产生电路1和所述调制信号产生电路2均为直通电路，即直接将输入电压误差放大信号v_ie1与输入电压误差放大信号v_ie2分别作为调制信号v_r1与调制信号v_r2。

3.根据权利要求1所述的一种两模块ISOP直直变换器均压控制方法，其特征在于，所述调制信号产生电路1和所述调制信号产生电路2均为电流调节器。