本發(fā)明涉及dc-dc變換器領(lǐng)域，具體是一種半橋dc-dc變換器及環(huán)路快速響應(yīng)控制方法。

背景技術(shù)：

1、電力電子設(shè)備常會受環(huán)境或電力系統(tǒng)內(nèi)其他設(shè)備影響，導(dǎo)致其輸入端電壓產(chǎn)生瞬間劇烈波動，這將極大的影響dc-dc變換器的性能和輸出，輸出的不穩(wěn)定即過沖/過低會導(dǎo)致后端設(shè)備的損壞或關(guān)機。因此需要抑制輸入電壓的瞬變對輸出電壓的影響，防止輸出端電壓大幅度過沖或欠沖。

2、數(shù)字控制方案雖具有控制電路簡單、調(diào)試方便等優(yōu)點，但是環(huán)路響應(yīng)速度較慢，在負(fù)載突變的應(yīng)用環(huán)境下可能會導(dǎo)致輸出失控。譬如在雷達(dá)等脈沖載環(huán)境，輸出電流在極短時間微秒內(nèi)會大幅度上升，若環(huán)路響應(yīng)不及時將極可能損壞變換器或?qū)е伦儞Q器性能下降。傳統(tǒng)的pi環(huán)路調(diào)節(jié)器根據(jù)輸入誤差值，選擇pi調(diào)節(jié)參數(shù)在一定程度上可以實現(xiàn)環(huán)路的快速調(diào)節(jié)，但對于上述應(yīng)用情形，安全隱患依然存在。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、對于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種半橋dc-dc變換器及環(huán)路快速響應(yīng)控制方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種半橋dc-dc變換器，包括輸出電壓環(huán)、輸出電流環(huán)、輸入電壓前饋模塊、輸出電流過沖快速響應(yīng)模塊和外設(shè)模塊；所述輸出電壓環(huán)與輸出電流環(huán)建立并聯(lián)的環(huán)路結(jié)構(gòu)，輸出電壓環(huán)和輸出電流環(huán)內(nèi)部都設(shè)有pi調(diào)節(jié)器，輸出電壓環(huán)的pi調(diào)節(jié)器的輸入端與輸入電壓給定值voutref、輸入電壓反饋值vosense連接，輸出電流環(huán)內(nèi)部都設(shè)有的pi調(diào)節(jié)器的輸入端與輸入電流給定值ioutref、輸入電流反饋值iosense連接，輸出電壓環(huán)和輸出電流環(huán)的pi調(diào)節(jié)器的輸出端輸出的較小值為環(huán)路輸出初值；

4、輸入電壓前饋模塊的輸入端與輸入電壓采樣vinsense連接，輸入電壓前饋模塊的輸出為根據(jù)輸入電壓采樣vinsense的瞬態(tài)變化快速調(diào)整的環(huán)路輸出值；

5、輸出電流過沖快速響應(yīng)模塊的輸入端與輸出電流環(huán)內(nèi)部都設(shè)有的pi調(diào)節(jié)器的輸入端連接；輸出電流過沖快速響應(yīng)模塊的輸出為根據(jù)輸出電流環(huán)輸入側(cè)的輸入電流給定值ioutref、輸入電流反饋值iosense的差值快速調(diào)整環(huán)路輸出值；

6、輸出電壓環(huán)和輸出電流環(huán)的環(huán)路輸出初值、輸入電壓前饋模塊的環(huán)路輸出值、輸出電流過沖快速響應(yīng)模塊的環(huán)路輸出值為環(huán)路輸出終值，環(huán)路輸出終值與外設(shè)模塊的輸入端連接，外設(shè)模塊的輸出端輸出四路mos管驅(qū)動信號，用于完成輸出端電壓和輸出端電流的快速調(diào)節(jié)。

7、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述外設(shè)模塊為dsp外設(shè)模塊dpwm單元。

8、一種半橋dc-dc變換器的環(huán)路快速響應(yīng)控制方法，包括以下步驟：

9、s1、獲取到當(dāng)前輸出端電壓和輸出端電流adc采樣數(shù)據(jù)vosense、iosense后，輸出電壓環(huán)和輸出電流環(huán)的pi調(diào)節(jié)器根據(jù)預(yù)設(shè)給定值voutref、ioutref和反饋值vosense、iosense?adc采樣值的偏差值errorvo、errorio進(jìn)行離散傳遞函數(shù)為的計算，然后限幅計算結(jié)果，得到各自環(huán)路輸出值；其中當(dāng)輸出電流預(yù)設(shè)給定值ioutref大于輸出電流反饋值iosens，即在正常限流值范圍內(nèi)，輸出電流環(huán)為限流模式，輸出電壓環(huán)為主要工作環(huán)路；當(dāng)輸出電流預(yù)設(shè)給定值ioutref小于輸出電流反饋值iosense時，輸出電流環(huán)為恒流模式，輸出電流環(huán)為主要工作環(huán)；

10、s2、判斷輸入電壓當(dāng)前采樣值vinsensenow與上次采樣值vinsensepre的差值δvin是否大于預(yù)設(shè)閾值δvinref，如果是，表明輸入電壓發(fā)生了瞬態(tài)的劇烈變化，先轉(zhuǎn)為s3，進(jìn)入輸入電壓前饋控制模塊，然后再轉(zhuǎn)為s4；如果否，直接轉(zhuǎn)為s4；

11、s3、輸入電壓前饋模塊根據(jù)公式gvin＝kc+kf×δvin計算得到增益值gvin；增益值gvin直接與環(huán)路輸出初值相乘，相乘的結(jié)果調(diào)整開管脈沖占空比大小，實現(xiàn)環(huán)路對輸入電壓瞬態(tài)劇烈變化的快速響應(yīng)；

12、s4、進(jìn)一步判輸出電流環(huán)電流給定值ioutref與輸出電流反饋值iosense的偏差值errorio是否大于設(shè)定閾值errorioset，如果是，表明輸出電流在極短時間即微秒內(nèi)存在大幅度過沖，轉(zhuǎn)為s5，進(jìn)入輸出電流過沖快速響應(yīng)模塊；如果否，表明輸出電流不處于過沖情形，環(huán)路輸出值保持不變，避免影響正常的環(huán)路調(diào)節(jié)；

13、s5、輸出電流過沖快速響應(yīng)模塊將系數(shù)ks與環(huán)路輸出初值直接相乘，使開關(guān)管脈沖占空比大小等比例減小，在較短時間內(nèi)限制輸出電流；直接調(diào)節(jié)控制環(huán)路輸出值，跳過輸出電流環(huán)環(huán)路計算，響應(yīng)速度更快，在快速抑制電流過沖。

14、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述步驟s1中離散傳遞函數(shù)的kp為pi控制環(huán)節(jié)中的比例系數(shù)，ki為pi控制環(huán)節(jié)中的積分系數(shù)。

15、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述步驟步驟s1中kp和ki為非線性值，通過偏差值errorvo、errorio，經(jīng)過limit模塊進(jìn)行調(diào)整，偏差值越大選擇的kp和ki系數(shù)越大。

16、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述步驟步驟s1的輸出電壓環(huán)與輸出電流環(huán)為并聯(lián)的競爭模式，比較兩個環(huán)路的計算結(jié)果，取較小者作為數(shù)字控制半橋dc-dc變換器控制環(huán)路輸出初值。

17、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述步驟s3中的系數(shù)kc為0.5-0.7，kf為非線性值，通過δvin調(diào)整，δvin越大kf越大，δvin較小時kf為0。

18、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述步驟s5中系數(shù)ks經(jīng)計算范圍為0.5-0.8，數(shù)值越小則響應(yīng)速度越快。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

20、本發(fā)明通過設(shè)置由輸出電壓閉環(huán)、輸出電流閉環(huán)、輸入電壓前饋模塊、輸出電流過沖快速響應(yīng)模塊和外設(shè)模塊組成的數(shù)字控制隔離型半橋dc-dc變換器環(huán)路控制結(jié)構(gòu)，在并聯(lián)環(huán)路控制結(jié)構(gòu)中增加輸入電壓前饋和輸出電流過沖快速響應(yīng)控制模塊，直接調(diào)節(jié)隔離型半橋dc-dc變換器驅(qū)動脈沖的控制量，動態(tài)響應(yīng)速度快，可以有效抑制輸入電壓劇烈波動引起的輸出電壓過沖和輸出端電流極短時間即微秒內(nèi)大幅過沖，提高環(huán)路響應(yīng)的同時也保證了系統(tǒng)穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種半橋dc-dc變換器，其特征在于，包括輸出電壓環(huán)、輸出電流環(huán)、輸入電壓前饋模塊、輸出電流過沖快速響應(yīng)模塊和外設(shè)模塊；所述輸出電壓環(huán)與輸出電流環(huán)建立并聯(lián)的環(huán)路結(jié)構(gòu)，輸出電壓環(huán)和輸出電流環(huán)內(nèi)部都設(shè)有pi調(diào)節(jié)器，輸出電壓環(huán)的pi調(diào)節(jié)器的輸入端與輸入電壓給定值voutref、輸入電壓反饋值vosense連接，輸出電流環(huán)內(nèi)部都設(shè)有的pi調(diào)節(jié)器的輸入端與輸入電流給定值ioutref、輸入電流反饋值iosense連接，輸出電壓環(huán)和輸出電流環(huán)的pi調(diào)節(jié)器的輸出端輸出的較小值為環(huán)路輸出初值；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半橋dc-dc變換器，其特征在于，所述外設(shè)模塊為dsp外設(shè)模塊dpwm單元。

3.權(quán)利要求1-2任意一項所述的一種半橋dc-dc變換器的環(huán)路快速響應(yīng)控制方法，其特征在于，其方法步驟如下：s1、獲取到當(dāng)前輸出端電壓和輸出端電流adc采樣數(shù)據(jù)vosense、iosense后，輸出電壓環(huán)和輸出電流環(huán)的pi調(diào)節(jié)器根據(jù)預(yù)設(shè)給定值voutref、ioutref和反饋值vosense、iosense?adc采樣值的偏差值errorvo、errorio進(jìn)行離散傳遞函數(shù)為的計算，然后限幅計算結(jié)果，得到各自環(huán)路輸出值；其中當(dāng)輸出電流預(yù)設(shè)給定值ioutref大于輸出電流反饋值iosens，即在正常限流值范圍內(nèi)，輸出電流環(huán)為限流模式，輸出電壓環(huán)為主要工作環(huán)路；當(dāng)輸出電流預(yù)設(shè)給定值ioutref小于輸出電流反饋值iosense時，輸出電流環(huán)為恒流模式，輸出電流環(huán)為主要工作環(huán)；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種半橋dc-dc變換器及環(huán)路快速響應(yīng)控制方法，其特征在于，所述步驟s1中離散傳遞函數(shù)的kp為pi控制環(huán)節(jié)中的比例系數(shù)，ki為pi控制環(huán)節(jié)中的積分系數(shù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種半橋dc-dc變換器及環(huán)路快速響應(yīng)控制方法，其特征在于，所述步驟步驟s1中kp和ki為非線性值，通過偏差值errorvo、errorio，經(jīng)過limit模塊進(jìn)行調(diào)整，偏差值越大選擇的kp和ki系數(shù)越大。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種半橋dc-dc變換器及環(huán)路快速響應(yīng)控制方法，其特征在于，所述步驟步驟s1的輸出電壓環(huán)與輸出電流環(huán)為并聯(lián)的競爭模式，比較兩個環(huán)路的計算結(jié)果，取較小者作為數(shù)字控制半橋dc-dc變換器控制環(huán)路輸出初值。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種半橋dc-dc變換器及環(huán)路快速響應(yīng)控制方法，其特征在于，所述步驟s3中的系數(shù)kc為0.5-0.7，kf為非線性值，通過δvin調(diào)整，δvin越大kf越大，δvin較小時kf為0。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種半橋dc-dc變換器及環(huán)路快速響應(yīng)控制方法，其特征在于，所述步驟s5中系數(shù)ks經(jīng)計算范圍為0.5-0.8，數(shù)值越小則響應(yīng)速度越快。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種半橋DC?DC變換器及環(huán)路快速響應(yīng)控制方法，屬于DC?DC變換器領(lǐng)域，包括輸出電壓環(huán)、輸出電流環(huán)、輸入電壓前饋模塊、輸出電流過沖快速響應(yīng)模塊和外設(shè)模塊；所述輸出電壓環(huán)與輸出電流環(huán)建立并聯(lián)的環(huán)路結(jié)構(gòu)，取輸出電壓環(huán)與輸出電流環(huán)輸出值的較小值作為環(huán)路輸出初值；輸入電壓前饋模塊根據(jù)輸入電壓的變化快速調(diào)整環(huán)路輸出值；輸出電流過沖快速響應(yīng)模塊根據(jù)輸出電流閉環(huán)輸入側(cè)的給定值與反饋值的差值快速調(diào)整環(huán)路輸出值；外設(shè)模塊根據(jù)環(huán)路輸出值控制開關(guān)管驅(qū)動脈沖輸出端電壓和輸出端電流的快速調(diào)節(jié)。本發(fā)明加快了動態(tài)響應(yīng)速度，對于輸出電壓過沖、輸出電流極短時間內(nèi)大幅過沖都有很好的抑制效果，在提高環(huán)路響應(yīng)的同時也保證了系統(tǒng)穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：謝進(jìn)朝,曹明秀,桂在毅,王磊,龐猛,左敏
受保護(hù)的技術(shù)使用者：合肥華耀電子工業(yè)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19