双向隔离DC‑DC变换器的脉冲宽度调制方法及装置与流程

本发明涉及双向隔离DC-DC变换器控制系统设计和制造领域，尤其涉及一种双向隔离DC-DC变换器的脉冲宽度调制方法及装置。

背景技术：

隔离型DC-DC变换器具有电气隔离，能量双向流动，功率密度高，以及输入输出压差大，输出低压电流大等诸多优点，而广泛应用于电池储能、超级电容储能、新能源汽车、智能微网、等诸多领域。随着双向DC-DC变换器的技术不断进步，工作效率的提高，同时随着分布式能源发电，如太阳能发电，风能发电，的推广和对功率平衡的需要，双向隔离型DC-DC变换器的需求越来越大。

磁平衡作为隔离型DC-DC变换器另一个重要研究课题，越来越受到人们关注，隔离型DC-DC变换器的磁平衡包括两个方面，一个方面是主变压器的磁平衡问题，另一个方面是辅助电路的磁平衡问题。目前，对这两个方面的研究大部分集中在硬件磁平衡的层面上，通过添加附加电路来实现磁平衡，而对基于调制算法级的磁平衡方法研究不多。

因此，提供一种在电路不添加更多的辅助元件的情况下，运用算法解决变压器的磁平衡问题的双向隔离型DC-DC变换器的脉冲宽度调制方法及装置是本领域技术人员需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种双向隔离DC-DC变换器的脉冲宽度调制方法及装置，在电路不添加更多的辅助元件的情况下，运用算法解决变压器的磁平衡问题。

本发明实施例提供了一种压缩视频大小的方法，其特征在于，包括：

S1：获取到双向隔离DC-DC变换器当前时刻的占空比和所述双向隔离DC-DC变换器当前时刻的直流电压标幺值；

S2：通过预置第一公式计算所述双向隔离DC-DC变换器的占空比和所述双向隔离DC-DC变换器当前时刻的直流电压标幺值之间的累积量；

S3：判断与所述累积量对应的时刻是否为奇数，若是，则执行S1，若不是，则执行S4；

S4：判断所述累积量的绝对值是否小于预置累积量误差值，若小于，则结束，若不小于，则执行S5；

S5：根据所述双向隔离DC-DC变换器当前时刻的占空比和预置占空比增量进行计算，得到正方向占空比和反方向占空比；

S6：通过预置第二公式对所述正方向占空比进行计算得到第一比较值，预置第三公式对所述反方向占空比进行计算得到第二比较值；

S7：通过定时器将所述第一比较值转化为所述双向隔离DC-DC变换器的功率管Q1和功率管Q4的驱动信号PWMA，通过定时器将所述第二比较值转化为所述双向隔离DC-DC变换器的功率管Q2和功率管Q3的驱动信号PWMB，所述驱动信号PWMA与所述驱动信号PWMB相位相差180°；

S8：设置所述双向隔离DC-DC变换器的功率管Q5的驱动信号PWMC的占空比、频率与所述驱动信号PWMA的占空比、频率相同，设置所述双向隔离DC-DC变换器的功率管Q6的驱动信号PWMD的占空比、频率与所述驱动信号PWMB的占空比、频率相同。

优选地，所述获取到双向隔离DC-DC变换器当前时刻的占空比具体为：

通过闭环控制算法对双向隔离DC-DC变换器进行计算得到所述双向隔离DC-DC变换器当前时刻的占空比。

优选地，所述根据所述双向隔离DC-DC变换器当前时刻的占空比和预置占空比增量进行计算，得到正方向占空比和反方向占空比具体包括：

若所述累积量大于所述预置累积量误差值，通过预置第四公式和预置第五公式对所述双向隔离DC-DC变换器当前时刻的占空比和预置占空比增量进行计算，得到正方向占空比和反方向占空比；

或

若所述累积量小于所述预置累积量误差值的负值，通过预置第六公式和预置第七公式对所述双向隔离DC-DC变换器当前时刻的占空比和预置占空比增量进行计算，得到正方向占空比和反方向占空比。

优选地，所述第一预置公式为：

Sum(k)＝Sum(k-1)+u^*(k)*D(k)

其中，D(k)为双向隔离DC-DC变换器当前时刻的占空比；u^*(k)为双向隔离DC-DC变换器当前时刻的直流电压标幺值。

优选地，所述预置第二公式为：

A(k)＝U_M-U_MD″(k)/2；

所述第三预置公式为：

B(k)＝U_MD′(k)/2

其中，U_M为三角波的计数峰值；D″(k)为正方向占空比；D′(k)为反方向占空比。

优选地，所述预置第四公式为：

D″(k)＝D(k)-ΔD；

所述预置第五公式为：

D′(k)＝D(k)+ΔD

其中，D(k)为双向隔离DC-DC变换器当前时刻的占空比；D″(k)为正方向占空比；D′(k)为反方向占空比；ΔD为预置占空比增量。

优选地，所述预置第五公式为：

D″(k)＝D(k)+ΔD；

所述预置第六公式为：

D′(k)＝D(k)-ΔD

其中，D(k)为双向隔离DC-DC变换器当前时刻的占空比；D″(k)为正方向占空比；D′(k)为反方向占空比；ΔD为预置占空比增量。

优选地，所述功率管Q1、功率管Q2、功率管Q3和功率管Q4均设置在所述双向隔离DC-DC变换器高压侧。

优选地，所述功率管Q5和功率管Q6均设置在所述双向隔离DC-DC变换器低压侧。

优选地，本发明实施例还提供了一种双向隔离DC-DC变换器的脉冲宽度调制装置，包括：

获取单元，用于获取到双向隔离DC-DC变换器当前时刻的占空比和所述双向隔离DC-DC变换器当前时刻的直流电压标幺值；

第一计算单元，用于通过预置第一公式计算所述双向隔离DC-DC变换器的占空比和所述双向隔离DC-DC变换器当前时刻的直流电压标幺值之间的累积量；

第一判断单元，用于判断与所述累积量对应的时刻是否为奇数，若是，则触发获取单元，若不是，则触发第二判断单元；

第二判断单元，用于判断所述累积量的绝对值是否小于预置累积量误差值，若小于，则结束，若不小于，则触发第二计算单元；

第二计算单元，用于根据所述双向隔离DC-DC变换器当前时刻的占空比和预置占空比增量进行计算，得到正方向占空比和反方向占空比；

第三计算单元，用于通过预置第二公式对所述正方向占空比进行计算得到第一比较值，预置第三公式对所述反方向占空比进行计算得到第二比较值；

转化单元，用于通过定时器将所述第一比较值转化为所述双向隔离DC-DC变换器的功率管Q1和功率管Q4的驱动信号PWMA，通过定时器将所述第二比较值转化为所述双向隔离DC-DC变换器的功率管Q2和功率管Q3的驱动信号PWMB，所述驱动信号PWMA与所述驱动信号PWMB相位相差180°；

设置单元，用于设置所述双向隔离DC-DC变换器的功率管Q5的驱动信号PWMC的占空比、频率与所述驱动信号PWMA的占空比、频率相同，设置所述双向隔离DC-DC变换器的功率管Q6的驱动信号PWMD的占空比、频率与所述驱动信号PWMB的占空比、频率相同。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例提供了一种双向隔离DC-DC变换器的脉冲宽度调制方法及装置，其中，该双向隔离DC-DC变换器的脉冲宽度调制方法包括：S1：获取到双向隔离DC-DC变换器当前时刻的占空比和所述双向隔离DC-DC变换器当前时刻的直流电压标幺值；S2：通过预置第一公式计算所述双向隔离DC-DC变换器的占空比和所述双向隔离DC-DC变换器当前时刻的直流电压标幺值之间的累积量；S3：判断与所述累积量对应的时刻是否为奇数，若是，则执行S1，若不是，则执行S4；S4：判断所述累积量的绝对值是否小于预置累积量误差值，若小于，则结束，若不小于，则执行S5；S5：根据所述双向隔离DC-DC变换器当前时刻的占空比和预置占空比增量进行计算，得到正方向占空比和反方向占空比；S6：通过预置第二公式对所述正方向占空比进行计算得到第一比较值，预置第三公式对所述反方向占空比进行计算得到第二比较值；S7：通过定时器将所述第一比较值转化为所述双向隔离DC-DC变换器的功率管Q1和功率管Q4的驱动信号PWMA，通过定时器将所述第二比较值转化为所述双向隔离DC-DC变换器的功率管Q2和功率管Q3的驱动信号PWMB，所述驱动信号PWMA与所述驱动信号PWMB相位相差180°；S8：设置所述双向隔离DC-DC变换器的功率管Q5的驱动信号PWMC的占空比、频率与所述驱动信号PWMA的占空比、频率相同，设置所述双向隔离DC-DC变换器的功率管Q6的驱动信号PWMD的占空比、频率与所述驱动信号PWMB的占空比、频率相同。

本发明实施例考虑双向DC-DC变换器功率变压器和隔离驱动回路中变压器磁平衡的需要，将DSP产生的PWM信号宽度和变换器直流电压的乘积进行积分运算，并根据运算的结果对PWM信号的宽度进行调整，使驱动信号宽度和变换器直流电压的乘积在整个工作区间内的平均值为零，解决控制程序中由于计算量不确定导致的变压器伏·秒在整个工作区间内不平衡的状况及直流电压不稳定对磁性元件偏磁的影响，进而最大限度避免双向隔离DC-DC变换器中的各个变压器出现磁饱和现象，实现了通过对加于变压器原边MOS管的PWM信号自动调整，可以有效抑制功率变压器的偏磁问题，还有利于有效防止驱动电路的隔离变压器进入磁饱和，而且算法电路不需要添加辅助电路，可以有效的控制成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种双向隔离DC-DC变换器的脉冲宽度调制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种双向隔离DC-DC变换器的脉冲宽度调制方法的另一流程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种双向隔离DC-DC变换器的脉冲宽度调制装置的结构示意图；

图4为双向隔离DC-DC变换器的主拓扑以及控制回路示意图；

图5为PWMA、PWMB信号的波形图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种双向隔离DC-DC变换器的脉冲宽度调制方法及装置，在电路不添加更多的辅助元件的情况下，运用算法解决变压器的磁平衡问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供的一种双向隔离DC-DC变换器的脉冲宽度调制方法的一个实施例，包括：

101、获取到双向隔离DC-DC变换器当前时刻的占空比和双向隔离DC-DC变换器当前时刻的直流电压标幺值；

102、通过预置第一公式计算双向隔离DC-DC变换器的占空比和双向隔离DC-DC变换器当前时刻的直流电压标幺值之间的累积量；

103、判断与累积量对应的时刻是否为奇数，若是，则执行101，若不是，则执行104；

104、判断累积量的绝对值是否小于预置累积量误差值，若小于，则结束，若不小于，则执行105；

105、根据双向隔离DC-DC变换器当前时刻的占空比和预置占空比增量进行计算，得到正方向占空比和反方向占空比；

106、通过预置第二公式对正方向占空比进行计算得到第一比较值，预置第三公式对反方向占空比进行计算得到第二比较值；

107、通过定时器将第一比较值转化为双向隔离DC-DC变换器的功率管Q1和功率管Q4的驱动信号PWMA，通过定时器将第二比较值转化为双向隔离DC-DC变换器的功率管Q2和功率管Q3的驱动信号PWMB，驱动信号PWMA与驱动信号PWMB相位相差180°；

108、设置双向隔离DC-DC变换器的功率管Q5的驱动信号PWMC的占空比、频率与驱动信号PWMA的占空比、频率相同，设置双向隔离DC-DC变换器的功率管Q6的驱动信号PWMD的占空比、频率与驱动信号PWMB的占空比、频率相同。

请参阅图2，本发明实施例提供的一种双向隔离DC-DC变换器的脉冲宽度调制方法的另一个实施例，包括：

201、通过闭环控制算法对双向隔离DC-DC变换器进行计算得到双向隔离DC-DC变换器当前时刻的占空比，并获取到双向隔离DC-DC变换器当前时刻的直流电压标幺值；

202、通过预置第一公式计算双向隔离DC-DC变换器的占空比和双向隔离DC-DC变换器当前时刻的直流电压标幺值之间的累积量；

203、判断与累积量对应的时刻是否为奇数，若是，则执行201，若不是，则执行204；

204、判断累积量的绝对值是否小于预置累积量误差值，若小于，则结束，若不小于，则执行205；

205、若累积量大于预置累积量误差值，通过预置第四公式和预置第五公式对双向隔离DC-DC变换器当前时刻的占空比和预置占空比增量进行计算，得到正方向占空比和反方向占空比；

或

若累积量小于预置累积量误差值的负值，通过预置第六公式和预置第七公式对双向隔离DC-DC变换器当前时刻的占空比和预置占空比增量进行计算，得到正方向占空比和反方向占空比；

206、通过预置第二公式对正方向占空比进行计算得到第一比较值，预置第三公式对反方向占空比进行计算得到第二比较值；

207、通过定时器将第一比较值转化为双向隔离DC-DC变换器的功率管Q1和功率管Q4的驱动信号PWMA，通过定时器将第二比较值转化为双向隔离DC-DC变换器的功率管Q2和功率管Q3的驱动信号PWMB，驱动信号PWMA与驱动信号PWMB相位相差180°；

208、设置双向隔离DC-DC变换器的功率管Q5的驱动信号PWMC的占空比、频率与驱动信号PWMA的占空比、频率相同，设置双向隔离DC-DC变换器的功率管Q6的驱动信号PWMD的占空比、频率与驱动信号PWMB的占空比、频率相同。

具体地，第一预置公式为：

Sum(k)＝Sum(k-1)+u^*(k)*D(k)

其中，D(k)为双向隔离DC-DC变换器当前时刻的占空比；u^*(k)为双向隔离DC-DC变换器当前时刻的直流电压标幺值。

预置第二公式为：

A(k)＝U_M-U_MD″(k)/2；

第三预置公式为：

B(k)＝U_MD′(k)/2

其中，U_M为三角波的计数峰值；D″(k)为正方向占空比；D′(k)为反方向占空比。

预置第四公式为：

D″(k)＝D(k)-ΔD；

预置第五公式为：

D′(k)＝D(k)+ΔD

其中，D(k)为双向隔离DC-DC变换器当前时刻的占空比；D″(k)为正方向占空比；D′(k)为反方向占空比；ΔD为预置占空比增量。

预置第五公式为：

D″(k)＝D(k)+ΔD；

预置第六公式为：

D′(k)＝D(k)-ΔD

其中，D(k)为双向隔离DC-DC变换器当前时刻的占空比；D″(k)为正方向占空比；D′(k)为反方向占空比；ΔD为预置占空比增量。

功率管Q1、功率管Q2、功率管Q3和功率管Q4均设置在双向隔离DC-DC变换器高压侧。

功率管Q5和功率管Q6均设置在双向隔离DC-DC变换器低压侧。

请参阅图3，本发明实施例提供的一种双向隔离DC-DC变换器的脉冲宽度调制装置的一个实施例，包括：

获取单元301，用于获取到双向隔离DC-DC变换器当前时刻的占空比和双向隔离DC-DC变换器当前时刻的直流电压标幺值；

第一计算单元302，用于通过预置第一公式计算双向隔离DC-DC变换器的占空比和双向隔离DC-DC变换器当前时刻的直流电压标幺值之间的累积量；

第一判断单元303，用于判断与累积量对应的时刻是否为奇数，若是，则触发获取单元，若不是，则触发第二判断单元；

第二判断单元304，用于判断累积量的绝对值是否小于预置累积量误差值，若小于，则结束，若不小于，则触发第二计算单元；

第二计算单元305，用于根据双向隔离DC-DC变换器当前时刻的占空比和预置占空比增量进行计算，得到正方向占空比和反方向占空比；

第三计算单元306，用于通过预置第二公式对正方向占空比进行计算得到第一比较值，预置第三公式对反方向占空比进行计算得到第二比较值；

转化单元307，用于通过定时器将第一比较值转化为双向隔离DC-DC变换器的功率管Q1和功率管Q4的驱动信号PWMA，通过定时器将第二比较值转化为双向隔离DC-DC变换器的功率管Q2和功率管Q3的驱动信号PWMB，驱动信号PWMA与驱动信号PWMB相位相差180°；

设置单元308，用于设置双向隔离DC-DC变换器的功率管Q5的驱动信号PWMC的占空比、频率与驱动信号PWMA的占空比、频率相同，设置双向隔离DC-DC变换器的功率管Q6的驱动信号PWMD的占空比、频率与驱动信号PWMB的占空比、频率相同。

为便于理解，下面将以一具体应用场景对一种双向隔离DC-DC变换器的脉冲宽度调制方法及装置的应用进行说明，应用例包括：

请参阅图4，双向隔离DC-DC变换器的主拓扑以及控制回路，包括全桥电路，主变压器，推挽输出，电流采样电路，电压采样电路，调理电路，主控器。

采样电路采集电路的电压值和电流值经调理电路将压值输入到控制器的AD端口，控制器的AD模块将压值转变为数字U₀、I_L、U_DC,U₀、I_L、U_DC经主控器进行调整得U_*＝U_O/U_{O_MAX}、I_*＝I_L/I_{L_MAX}。

电压值U_*与给定值U_O^*相减得误差e(k)，再输入电压PI环的输入端,得出电流的给定值I_L^*,电流值I_L^*与反馈值I_*相减得误差e₁(k)，再输入电流PI环的输入端，得到双向隔离DC-DC变换器该时刻的占空比值D(k)；

对变换器当前直流电压u_dc(k)进行采样，并将u_dc(k)与最大允许直流电压U_{dc_max}采用等式u^*(k)＝u′_dc(k)/U_{dc_max}进行标幺化,如果k为偶数则有u′_dc(k)＝u_dc(k)，否则u′_dc(k)＝-u_dc(k)；

利用下式计算当前驱动信号宽度和变换器直流电压标幺值乘积的累积量：

Sum(k)＝Sum(k-1)+u^*(k)*D(k)

如果k为奇数则不进行|Sum(k)|＜Δ的判断，否则执行是否|Sum(k)|＜Δ的判断，其中Δ为设定的累积量误差值，如|Sum(k)|＜Δ成立，则D(k)不作调整；如Sum(k)＞Δ，则执行D(k)＝D(k)-ΔD和D′(k)＝D(k)+ΔD；如Sum(k)＜-Δ，则执行D(k)＝D(k)+ΔD和D′(k)＝D(k)-ΔD；其中ΔD为用于占空比微调的占空比增量；

运用等式B(k)＝U_MD′(k)/2和A(k)＝U_M-U_MD(k)/2，产生比较值A(k)和B(k)，其中U_M为三角波的计数峰值；

如图5所示，利用定时器将比较值A(k)转化为双向隔离DC-DC变换器高压侧功率管Q1和Q4的驱动信号PWMA，利用定时器将比较值B(k)转化为与PWMA相位相差180度的驱动信号PWMB，并加于功率管Q2和Q3；

主控器形成与PWMA和PWMB占空比分别相同、频率分别相等的双向隔离DC-DC变换器低压侧功率管Q5和Q6驱动信号PWMC和PWMD；

变换器BOOST模式运行时，控制量计算模块输出与给定作比较，经过控制回路，产生控制量占空比D₁(k)，通过如上调制方法调制并得到新的D₁(k)，控制器利用三角波比较法，产生占空比为的INVPWMC信号，同时产生与INVPWMC同频、同占空比、相位相差180°的INVPWMD信号；INVPWMC、INVPWMD分别加于变压器副边Q5、Q6的MOS管驱动输入端，变压器原边的MOS管驱动输入保持为零。

在本实施例中，本发明实施例提供的一种双向隔离DC-DC变换器的脉冲宽度调制的获取单元包括：图4中主控器的AD模块和PI模块；

本发明实施例提供的一种双向隔离DC-DC变换器的脉冲宽度调制的第一计算单元为图4中主控器的误差累计模块；

本发明实施例提供的一种双向隔离DC-DC变换器的脉冲宽度调制的第二计算单元为图4中主控器中两个加法器组成的电路，其中一个加法器与PI模块连接，另一个加法器与PWM调制模块连接；

图4中PWM模块包括：本发明实施例提供的一种双向隔离DC-DC变换器的脉冲宽度调制的转化单元、设置单元。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。