專(zhuān)利名稱(chēng)：一種交錯(cuò)串聯(lián)dc/dc變換器均壓控制電路及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種交錯(cuò)串聯(lián)DC/DC變換器均壓控制電路及控制方法。
背景技術(shù)：
目前，高壓輸入高壓小電流輸出型的DC/DC變換器被廣泛應(yīng)用到電動(dòng)汽車(chē)充電站、數(shù)據(jù)中心等多個(gè)領(lǐng)域。為了實(shí)現(xiàn)大電壓的輸出，一般采取交錯(cuò)串聯(lián)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，由于每個(gè)模塊均分總的輸出功率，從而使得單個(gè)模塊設(shè)計(jì)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)單，整個(gè)系統(tǒng)的可靠性得到提高；然而，模塊交錯(cuò)串聯(lián)運(yùn)行時(shí)，由于參數(shù)的差異性，使其輸出的電壓不可能完全一樣，導(dǎo)致有些模塊負(fù)荷過(guò)重，有些模塊負(fù)荷過(guò)輕，使得整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低，因而使交錯(cuò)串聯(lián)模塊的輸出電壓實(shí)現(xiàn)均壓是提高交錯(cuò)串聯(lián)DC/DC變換器穩(wěn)定性的一個(gè)必須解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種穩(wěn)定性能高的交錯(cuò)串聯(lián) DC/DC變換器均壓控制電路及控制方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種交錯(cuò)串聯(lián)DC/DC變換器均壓控制電路，包括輸入直流電壓、DC/DC模塊、濾波電路、負(fù)載以及控制電路，所述DC/DC模塊包括第一模塊和第二模塊，所述第一模塊的輸入端與第二模塊的輸入端并聯(lián)連接所述輸入直流電壓，所述第一模塊的輸出端與第二模塊的輸出端串聯(lián)后連接所述濾波電路和負(fù)載，所述第一模塊和第二模塊都包括有開(kāi)關(guān)電路，所述控制電路對(duì)第一模塊和第二模塊內(nèi)開(kāi)關(guān)電路的控制信號(hào)錯(cuò)開(kāi)一定角度，所述控制電路包括比較電路、信號(hào)處理電路、驅(qū)動(dòng)電路，所述第一模塊和第二模塊兩者的輸出電壓信號(hào)輸入所述比較電路后得到的壓差信號(hào)經(jīng)所述信號(hào)處理電路處理后輸入所述驅(qū)動(dòng)電路，所述驅(qū)動(dòng)電路輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)連接至所述開(kāi)關(guān)電路。進(jìn)一步，所述第一模塊和第二模塊為兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的三電平DC/DC模塊。作為一種具體實(shí)施例，所述三電平DC/DC模塊為三電平半橋隔離型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；所述第一模塊內(nèi)開(kāi)關(guān)電路中的開(kāi)關(guān)管S1、S4為外管，開(kāi)關(guān)管S2、S3為內(nèi)管，所述驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)連接所述外管的控制極。作為另一種具體實(shí)施例，所述三電平DC/DC模塊為三電平全橋隔離型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)； 所述第一模塊內(nèi)開(kāi)關(guān)電路中的開(kāi)關(guān)管S11、S14、S15、S18為外管，開(kāi)關(guān)管S12、S13、S16、S17 為內(nèi)管，所述驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)連接所述外管的控制極。進(jìn)一步，所述信號(hào)處理電路由DSP或者單片機(jī)控制芯片實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明涉及的控制方法是基于上述的均壓控制電路，其控制步驟包括采樣第一模塊的輸出電壓U1和第二模塊的輸出電壓U2輸入比較電路進(jìn)行比較，將其壓差Δ U進(jìn)行處理后，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路放大以控制開(kāi)關(guān)電路中的外管導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)間，以調(diào)節(jié)各個(gè)模塊的輸出電壓。具體的，當(dāng)V2 >《時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路對(duì)第二模塊內(nèi)開(kāi)關(guān)電路的外管進(jìn)行控制，以減小外管的導(dǎo)通時(shí)間，從而降低第二模塊的輸出電壓V2 ；當(dāng)V2 <《時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路對(duì)第一模塊內(nèi)開(kāi)關(guān)電路的外管進(jìn)行控制，以減小外管的導(dǎo)通時(shí)間，從而降低第一模塊的輸出電壓仏。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過(guò)控制三電平電路外管的導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的控制，從而達(dá)到均壓的目的，設(shè)計(jì)思路簡(jiǎn)單，且僅僅需要對(duì)三電平電路的外管進(jìn)行控制就能夠達(dá)到均壓的效果，在硬件架構(gòu)上不需要增加較多的外圍電路，是一種穩(wěn)定性好和可靠性高的均壓控制電路及控制方法。


圖1為本發(fā)明所采用的輸入交錯(cuò)并聯(lián)輸出串聯(lián)三電平DC/DC變換器方框示意圖； 圖2為采用圖1的輸入交錯(cuò)并聯(lián)輸出串聯(lián)三電平DC/DC變換器均壓控制方法的示意
圖3為采用圖2的方法應(yīng)用于三電平半橋?yàn)橥負(fù)淠K的輸入交錯(cuò)并聯(lián)輸出串聯(lián)組合的交錯(cuò)串聯(lián)三電平DC/DC變換器的示意圖； 圖4為針對(duì)圖3的控制電路示意圖5為采用圖2的方法應(yīng)用于三電平全橋?yàn)橥負(fù)淠K的輸入交錯(cuò)并聯(lián)輸出串聯(lián)組合的交錯(cuò)串聯(lián)三電平DC/DC變換器的示意圖； 圖6是針對(duì)圖5的控制電路的示意圖。上述附圖中的主要符號(hào)名稱(chēng)而n表示輸入的高壓直流電源；^表示輸出的低壓直流電源而為濾波電容.,Ux為DC/DC模塊1的輸出電壓-,U2為DC/DC模塊2的輸出電壓；Δ U 為U2-U1的差值；圖3中，S1 S4為DC/DC模塊1的開(kāi)關(guān)管，Sl和S4為外管，S2和S3為內(nèi)管；S5 S8為DC/DC模塊2的開(kāi)關(guān)管，S5和S8為外管，S6和S7為內(nèi)管；圖4中，Sll S18 為DC/DC模塊1的開(kāi)關(guān)管，S11、S14、S15和S18為外管，S12、S13、S16、S17為內(nèi)管；S2廣S28 為DC/DC模塊2的開(kāi)關(guān)管，S21、S24、S25和S28為外管，S22、S23、S26、S27為內(nèi)管。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明采用兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的DC/DC模塊通過(guò)輸入交錯(cuò)并聯(lián)輸出串聯(lián)的方式組合成交錯(cuò)串聯(lián)DC/DC變換器，在不增加功率器件應(yīng)力和功耗的前提下，得到更高的輸出功率、 更好的輸出電壓頻譜和更小的輸出電壓紋波；在第一模塊和第二模塊(即附圖中的DC/DC 模塊1和DC/DC模塊2)的開(kāi)關(guān)頻率相同的基礎(chǔ)上，采樣兩個(gè)DC/DC模塊的輸出電壓U1和 V2，將兩者的差值Δ U通過(guò)信號(hào)處理后，再經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路放大對(duì)開(kāi)關(guān)電路中的外管進(jìn)行導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間的控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)DC/DC模塊輸出電壓的調(diào)節(jié)，達(dá)到電壓均壓的目的，進(jìn)而提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。可以理解，本發(fā)明也可以擴(kuò)展為多個(gè)DC/DC模塊。下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖1為本發(fā)明所采用的隔離型三電平DC/DC變換器為拓?fù)淠K的輸入交錯(cuò)并聯(lián)輸出串聯(lián)組合的交錯(cuò)串聯(lián)三電平DC/DC變換器的方框圖，圖中的Vin表示輸入的高壓直流電源，U0表示輸出的低壓直流電源，Cf為濾波電容，U1為DC/DC模塊1的輸出電壓，U2為DC/ DC模塊2的輸出電壓，采取如圖1所示的2個(gè)DC/DC模塊的輸入交錯(cuò)并聯(lián)輸出串聯(lián)的組合變換器即可將輸入的高壓直流電源變換為適合負(fù)載需要的直流電源。如圖2所示，當(dāng)變換器工作在正常負(fù)載時(shí)，將DC/DC模塊1和DC/DC模塊2的輸出電壓U1和U2進(jìn)行比較，其差值ΔU通過(guò)信號(hào)處理后再經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路放大對(duì)三電平電路的外管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)模塊輸出電壓的調(diào)節(jié)，達(dá)到均壓的目的。當(dāng)υ2>υγ時(shí)，Δ U為正，通過(guò)信號(hào)處理后再經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路將信號(hào)放大后對(duì)DC/DC模塊2的外管進(jìn)行控制，以減小模塊2外管的導(dǎo)通時(shí)間，從而降低DC/DC模塊2的輸出電壓U2,實(shí)現(xiàn)均壓控制；當(dāng)V2〈仏時(shí)，Δ U為負(fù)，通過(guò)信號(hào)處理后再經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路將信號(hào)放大后對(duì)DC/DC模塊1的外管進(jìn)行控制，以減小模塊1外管的導(dǎo)通時(shí)間，從而降低DC/DC模塊1的輸出電壓《，實(shí)現(xiàn)均壓控制。由于兩個(gè)模塊的開(kāi)關(guān)頻率相同，兩路輸出電壓的變化幅度相對(duì)較小，從而使得兩模塊的輸出電壓U1和U2變化較小，進(jìn)而均壓效果很好。圖3為采用圖2的方法應(yīng)用于三電平半橋?yàn)橥負(fù)淠K的輸入交錯(cuò)并聯(lián)輸出串聯(lián)組合的交錯(cuò)串聯(lián)三電平DC/DC變換器的示意圖，DC/DC模塊1和DC/DC模塊2結(jié)構(gòu)相同均采用三電平半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，兩個(gè)DC/DC模塊具有相同的頻率并且錯(cuò)開(kāi)90°的相位以實(shí)現(xiàn)交錯(cuò)串聯(lián)。以其中的DC/DC模塊1為例，它包括分壓電路、箝位電路、開(kāi)關(guān)電路、諧振電路、隔離變壓器Tl和整流電路，所述分壓電路包括分壓電容Cl和分壓電容C2，分壓電容Cl和分壓電容C2串聯(lián)后并聯(lián)在輸入直流電壓兩端成為的DC/DC模塊1的輸入端，所述箝位電路包括二極管Dl和二極管D2，二極管Dl的正極與二極管D2的負(fù)極連接并與分壓電容Cl和分壓電容C2的串聯(lián)點(diǎn)和地線相連接，所述開(kāi)關(guān)電路由開(kāi)關(guān)管Si、開(kāi)關(guān)管S2、開(kāi)關(guān)管S3、開(kāi)關(guān)管S4 串聯(lián)而成，Sl和S4為外管，S2和S3為內(nèi)管；類(lèi)似的S5 S8為DC/DC模塊2的開(kāi)關(guān)管，S5和 S8為外管，S6和S7為內(nèi)管。所述開(kāi)關(guān)電路與分壓電路并聯(lián)，開(kāi)關(guān)管Sl與開(kāi)關(guān)管S2的串聯(lián)點(diǎn)連接二極管Dl的負(fù)極，開(kāi)關(guān)管S3與開(kāi)關(guān)管S4的串聯(lián)點(diǎn)連接二極管D2的正極，所述諧振電路包括諧振電容C11、諧振電容C12、諧振電感Lsl和勵(lì)磁電感Lml，諧振電容Cll與諧振電容C12串聯(lián)后與所述開(kāi)關(guān)電路并聯(lián)，諧振電感Lsl的一端連接開(kāi)關(guān)管S2與開(kāi)關(guān)管S3的串聯(lián)點(diǎn)，諧振電感Lsl的另一端連接勵(lì)磁電感Lml的一端，勵(lì)磁電感Lml的另一端連接諧振電容Cll與諧振電容C12的串聯(lián)點(diǎn)，所述整流電路是由四個(gè)整流二極管D11、D12、D13、D14 組成橋式整流電路，所述隔離變壓器Tl的初級(jí)與所述勵(lì)磁電感Lml并聯(lián)，所述隔離變壓器 Tl的次級(jí)連接橋式整流電路的交流輸入端，該橋式整流電路的直流輸出端連接濾波電容G 和負(fù)載R。圖4是圖3的控制部分電路示意圖，DC/DC模塊1的輸出電壓Ux和DC/DC模塊2 的輸出電壓U2的差值Δ U通過(guò)信號(hào)處理，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路將信號(hào)放大后對(duì)Sl和S4或者S5和S8 進(jìn)行控制；當(dāng)U2^U1時(shí)，Δ U為正，通過(guò)信號(hào)處理后再經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路將信號(hào)放大后對(duì)DC/DC模塊 2的外管S5和S8進(jìn)行控制，以減小模塊2外管的導(dǎo)通時(shí)間，從而降低DC/DC模塊2的輸出電壓仏，實(shí)現(xiàn)均壓控制；當(dāng)^〈仏時(shí)，AU為負(fù)，通過(guò)信號(hào)處理后再經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路將信號(hào)放大后對(duì)DC/DC模塊1的外管Sl和S4進(jìn)行控制，以減小模塊1外管的導(dǎo)通時(shí)間，從而降低DC/DC 模塊1的輸出電壓《，實(shí)現(xiàn)均壓控制。圖5為采用圖2的方法應(yīng)用于三電平全橋?yàn)橥負(fù)淠K的輸入交錯(cuò)并聯(lián)輸出串聯(lián)組合的交錯(cuò)串聯(lián)三電平DC/DC變換器的示意圖；DC/DC模塊1和DC/DC模塊2采用三電平全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，兩個(gè)模塊具有相同的頻率并且錯(cuò)開(kāi)90°的相位以實(shí)現(xiàn)交錯(cuò)串聯(lián)，SlfSlS為DC/ DC模塊1的開(kāi)關(guān)管，其中S11、S14、S15和S18為外管，S12、S13、S16、S17為內(nèi)管；S2TS28 為DC/DC模塊2的開(kāi)關(guān)管，其中S21、S24、S25和S28為外管，S22、S23、S^、S27為內(nèi)管；圖 6是圖5的控制部分電路示意圖，DC/DC模塊1的輸出電壓υλ和DC/DC模塊2的輸出電壓 U2的差值Δ U通過(guò)信號(hào)處理，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路放大后對(duì)Sll、S14、S15和S18或者S21、S24、S25 和S^進(jìn)行控制；當(dāng)U2W1時(shí)，Δ U為正，通過(guò)信號(hào)處理后，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路放大對(duì)DC/DC模塊2的外管S21、S24、S25和S28進(jìn)行控制，以減小模塊2外管的導(dǎo)通時(shí)間，從而降低DC/DC模塊 2的輸出電壓U2,實(shí)現(xiàn)均壓控制 ’當(dāng)U諷時(shí)，Δ U為負(fù)，通過(guò)信號(hào)處理后，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路放大對(duì) DC/DC模塊1的外管S11、S14、S15和S18進(jìn)行控制，以減小模塊1外管的導(dǎo)通時(shí)間，從而降低DC/DC模塊1的輸出電壓《，實(shí)現(xiàn)均壓控制。
權(quán)利要求
1.一種交錯(cuò)串聯(lián)DC/DC變換器均壓控制電路，包括輸入直流電壓、DC/DC模塊、濾波電路、負(fù)載以及控制電路，所述DC/DC模塊包括第一模塊和第二模塊，所述第一模塊的輸入端與第二模塊的輸入端并聯(lián)連接所述輸入直流電壓，所述第一模塊的輸出端與第二模塊的輸出端串聯(lián)后連接所述濾波電路和負(fù)載，所述第一模塊和第二模塊都包括有開(kāi)關(guān)電路，所述控制電路對(duì)第一模塊和第二模塊內(nèi)開(kāi)關(guān)電路的控制信號(hào)錯(cuò)開(kāi)一定角度，其特征在于所述控制電路包括比較電路、信號(hào)處理電路、驅(qū)動(dòng)電路，所述第一模塊和第二模塊兩者的輸出電壓信號(hào)輸入所述比較電路后得到的壓差信號(hào)經(jīng)所述信號(hào)處理電路處理后輸入所述驅(qū)動(dòng)電路，所述驅(qū)動(dòng)電路輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)連接至所述開(kāi)關(guān)電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交錯(cuò)串聯(lián)DC/DC變換器均壓控制電路，其特征在于所述第一模塊和第二模塊為兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的三電平DC/DC模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的交錯(cuò)串聯(lián)DC/DC變換器均壓控制電路，其特征在于所述三電平DC/DC模塊為三電平半橋隔離型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的交錯(cuò)串聯(lián)DC/DC變換器均壓控制電路，其特征在于所述第一模塊內(nèi)開(kāi)關(guān)電路中的開(kāi)關(guān)管(S1、S4)為外管，開(kāi)關(guān)管(S2、S3)為內(nèi)管，所述驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)連接所述外管的控制極。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的交錯(cuò)串聯(lián)DC/DC變換器均壓控制電路，其特征在于所述三電平DC/DC模塊為三電平全橋隔離型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的交錯(cuò)串聯(lián)DC/DC變換器均壓控制電路，其特征在于所述第一模塊內(nèi)開(kāi)關(guān)電路中的開(kāi)關(guān)管(S11、S14、S15、S18)為外管，開(kāi)關(guān)管(S12、S13、S16、S17)為內(nèi)管，所述驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)連接所述外管的控制極。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的交錯(cuò)串聯(lián)DC/DC變換器均壓控制電路，其特征在于所述信號(hào)處理電路由DSP或者單片機(jī)控制芯片實(shí)現(xiàn)。
8.一種利用權(quán)利要求1所述均壓控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)所述交錯(cuò)串聯(lián)DC/DC變換器均壓輸出的控制方法，其特征在于，控制步驟包括采樣第一模塊的輸出電壓U1和第二模塊的輸出電壓V2輸入比較電路進(jìn)行比較，將其壓差Δ U進(jìn)行處理后，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路放大以控制開(kāi)關(guān)電路中的外管導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)間，以調(diào)節(jié)各個(gè)模塊的輸出電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制方法，其特征在于，當(dāng)仏>《時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路對(duì)第二模塊內(nèi)開(kāi)關(guān)電路的外管進(jìn)行控制，以減小外管的導(dǎo)通時(shí)間，從而降低第二模塊的輸出電壓^2 ；當(dāng) U2 < U1時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路對(duì)第一模塊內(nèi)開(kāi)關(guān)電路的外管進(jìn)行控制，以減小外管的導(dǎo)通時(shí)間，從而降低第一模塊的輸出電壓《。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種穩(wěn)定性能高的交錯(cuò)串聯(lián)DC/DC變換器均壓控制電路及控制方法。該交錯(cuò)串聯(lián)DC/DC變換器均壓控制電路包括輸入直流電壓、多個(gè)DC/DC模塊、濾波電路、負(fù)載以及控制電路，DC/DC模塊包括有開(kāi)關(guān)電路，控制電路包括比較電路、信號(hào)處理電路、驅(qū)動(dòng)電路，各DC/DC模塊的輸出電壓信號(hào)輸入比較電路后得到的壓差信號(hào)經(jīng)所述信號(hào)處理電路處理后輸入驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)連接至所述開(kāi)關(guān)電路中對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)管的控制極，控制其中外管的導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的控制。
文檔編號(hào)H02M3/335GK102214999SQ20111015671
公開(kāi)日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月13日
發(fā)明者李永富 申請(qǐng)人:珠海泰坦新能源系統(tǒng)有限公司