隔离型DC‑DC变换器及其控制方法和控制系统与流程

本发明涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及隔离型DC-DC变换器及其控制方法和控制系统。

背景技术：

隔离型DC/DC变换器在电动汽车、储能系统、可再生能源发电以及超导储能系统等领域有广阔的应用前景。为了追求高效，隔离型DC/DC变换器在应用时，常使用同步整流技术。但当工作于同步整流模式下的隔离型DC/DC变换器发生变压器同名端接错线的问题时，会发生炸机风险。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了隔离型DC-DC变换器及其控制方法和控制系统，以辨别隔离型DC-DC变换器是否存在变压器同名端接错线的问题。

一种隔离型DC-DC变换器控制方法，包括：

生成并输出用于驱动隔离型DC-DC变换器的变压器原边电路中的各功率开关管的PWM驱动信号；

获取所述隔离型DC-DC变换器的变压器副边线圈输出电压波形；

判断获取到的变压器副边线圈输出电压波形与参考波形是否一致；其中，所述参考波形是指在所述隔离型DC-DC变换器的变压器同名端接线正确的情况下，生成并输出所述PWM驱动信号时所得到的变压器副边线圈输出电压波形；

若获取到的变压器副边线圈输出电压波形与所述参考波形不一致，判定所述隔离型DC-DC变换器的变压器同名端接错线。

可选地，所述判定所述隔离型DC-DC变换器的变压器同名端接错线后，还包括：

将所述隔离型DC-DC变换器正常运行时的变压器原边电路或变压器副边电路中的各功率开关管的PWM驱动信号取反。

其中，所述获取所述隔离型DC-DC变换器的变压器副边线圈输出电压波形，包括：

对所述隔离型DC-DC变换器的变压器副边线圈输出电压进行采样、调理和整形。

一种隔离型DC-DC变换器控制系统，包括处理器和获取电路，其中：

所述获取电路，用于获取所述隔离型DC-DC变换器的变压器副边线圈输出电压波形；

所述处理器，用于生成并输出用于驱动隔离型DC-DC变换器的变压器原边电路中的各功率开关管的PWM驱动信号；判断所述获取电路获取到的变压器副边线圈输出电压波形与参考波形是否一致；其中，所述参考波形是指在所述隔离型DC-DC变换器的变压器同名端接线正确的情况下，生成并输出所述PWM驱动信号时所得到的变压器副边线圈输出电压波形；若获取到的变压器副边线圈输出电压波形与参考波形不一致，判定所述隔离型DC-DC变换器的变压器同名端接错线。

可选地，所述处理器在判定所述隔离型DC-DC变换器的变压器同名端接错线后，还用于将所述隔离型DC-DC变换器正常运行时的变压器原边电路或变压器副边电路中的各功率开关管的PWM驱动信号取反。

其中，所述获取电路具体用于对所述隔离型DC-DC变换器的变压器副边线圈输出电压进行采样、调理和整形。

其中，所述获取电路包括：采样调理电路和信号整形电路，所述信号整形电路接在所述采样调理电路的输出端。

其中，所述采样调理电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和运算放大器，具体的：

所述第一电阻和所述第二电阻的一端分别接隔离型DC-DC变换器的变压器副边绕组的两端；所述第一电阻的另一端接所述运算放大器的反相输入端；所述第二电阻的另一端接所述运算放大器的同相输入端；所述第三电阻连接在所述运算放大器的同相输入端与第一电源之间；所述第四电阻连接在所述运算放大器的输出端与反相输入端之间；所述第一电阻与所述第二电阻阻值相等，所述第三电阻与所述第四电阻阻值相等。

其中，所述信号整形电路包括第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻和比较器，具体的：

所述第五电阻连接所述运算放大器的输出端与所述比较器的同相输入端；所述第六电阻连接所述比较器的反相输入端与所述第一电源；所述第七电阻连接所述比较器的输出端与同相输入端；所述第八电阻连接所述比较器的输出端与第二电源。

一种隔离型DC-DC变换器，包括：如上述公开出的任一种隔离型DC-DC变换器控制系统。

从上述的技术方案可以看出，本发明生成PWM驱动信号去驱动变压器原边电路中的各功率开关管时，原边线圈上被施加电压，副边线圈上获得感应电压，而变压器同名端接错线时得到的副边线圈输出电压波形，与变压器同名端接线正确时得到的副边线圈输出电压波形是互补的，基于此，本发明通过将实际得到的副边线圈输出电压波形与预先计算得到的参考波形作对比，根据对比结果来辨别出变压器同名端是否接错线。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种隔离型DC-DC变换器控制方法流程图；

图2为现有技术公开的一种隔离型DC-DC变换器结构示意图；

图3为现有技术公开的一种移相全桥高频隔离双向DC-DC拓扑结构示意图；

图4为本发明实施例公开的一种应用于图3所示拓扑的PWM驱动信号和参考波形时序图；

图5为本发明实施例公开的一种隔离型DC-DC变换器控制系统结构示意图；

图6为本发明实施例公开的一种获取电路结构示意图。

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。

参见图1，本发明实施例公开了一种隔离型DC-DC变换器控制方法，以辨别隔离型DC-DC变换器是否存在变压器同名端接错线的问题，包括：

步骤S01：在隔离型DC-DC变换器正常运行前，生成并输出用于驱动所述隔离型DC-DC变换器的变压器原边电路中的各功率开关管的PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)驱动信号。

所述PWM驱动信号可以是隔离型DC-DC变换器正常运行时需要输出的PWM驱动信号；也可以是自定义的驱动信号，仅作辨别同名端使用。

步骤S02：获取所述隔离型DC-DC变换器的变压器副边线圈输出电压波形。

其中，所述获取所述隔离型DC-DC变换器的变压器副边线圈输出电压波形，具体包括：对所述隔离型DC-DC变换器的变压器副边线圈输出电压进行采样、调理和整形，以避免因采样信号失真而影响同名端辨别结果。

步骤S03：判断获取到的变压器副边线圈输出电压波形与参考波形是否一致，若获取到的变压器副边线圈输出电压波形与所述参考波形不一致，进入步骤S04，否则，进入步骤S05。

其中，所述参考波形是指在所述隔离型DC-DC变换器的变压器同名端接线正确的情况下，生成并输出所述PWM驱动信号时所得到的变压器副边线圈输出电压波形。

步骤S04：判定所述隔离型DC-DC变换器的变压器同名端接错线，结束控制。

步骤S05：判定所述隔离型DC-DC变换器的变压器同名端接线正确，结束控制。

下面，从隔离型DC-DC变换器的电路结构分析入手，对图1所述技术方案进行详述。

参见图2，隔离型DC-DC变换器包括变压器T、变压器原边电路100和变压器副边电路200。变压器T具有一对耦合线圈，分别是原边线圈L_S1和副边线圈L_S2，L_S1上的电流i₁和L_S2上的电流i₂称为施感电流。工程上将这一对施感电流的入端(或出端)定义为所述耦合线圈的同名端，并用一对符号标出这对端子，例如用图2中的“·”号标出的一对端子(1，2)即为所述耦合线圈的同名端，未标记的一对端子(1'，2')亦为所述耦合线圈的同名端。端子1、2'互为异名端，端子1'、2互为异名端。

变压器T同名端接错线，是指将变压器原边电路100和变压器副边电路200中本应接在一对同名端上的端子错接在了一对异名端上。当生成PWM驱动信号去驱动变压器原边电路100中的各功率开关管时，原边线圈L_S1上被施加电压，副边线圈L_S2上获得感应电压，而变压器T同名端接错线时得到的副边线圈L_S2输出电压波形，与变压器T同名端接线正确时得到的副边线圈L_S2输出电压波形互补。

基于此，本发明实施例先计算出变压器T同名端接线正确时，生成并输出所述PWM驱动信号时应当得到的副边线圈L_S2输出电压波形，作为参考波形；再将生成并输出所述PWM驱动信号时实际得到的副边线圈L_S2输出电压波形与所述参考波形作比较，若两波形相同，则可知变压器T同名端接线正确；若两波形不同，则可知变压器T同名端接线错误。

举例说明，图3示出了隔离型DC-DC变换器的一种典型拓扑，为移相全桥高频隔离双向DC-DC拓扑，具体描述如下。

图3所示拓扑的变压器副边电路200包括电感L、电容C₁、电容C_c、功率开关管S₁、功率开关管S₂、功率开关管S₃、功率开关管S₄和功率开关管S_c，其中：C₁的正端经L接S_c的电能输出端，C₁的负端经C_c接S_c的电能输入端；S₁的电能输出端接S₃的电能输入端；S₂的电能输出端接S₄的电能输入端；S₁和S₂的电能输入端接S_c的电能输出端；S₃和S₄的电能输出端接C₁的负端。图3所示拓扑的变压器原边电路100包括电容C₂、功率开关管S₅、功率开关管S₆、功率开关管S₇和功率开关管S₈，其中：S₅的电能输出端接S₇的电能输入端；S₆的电能输出端接S₈的电能输入端；S₅和S₆的电能输入端接C₂的正端；S₇和S₈的电能输出端接C₂的负端。图3所示拓扑的变压器T的原边线圈L_S1连接变压器原边电路100的两个桥臂中点，副边线圈L_S2连接变压器副边电路200的两个桥臂中点。

在辨别变压器T同名端时，首先生成并输出S₅～S₈的PWM驱动信号，其中：S₅与S₈的PWM驱动信号在前半周期为高电平、后半周期为低电平；S₆与S₇的PWM驱动信号与S₅的PWM驱动信号互补。若原边线圈L_S1中接S₆所在桥臂中点的端子，与副边线圈L_S2中接S₁所在桥臂中点的端子为一对同名端(如图3所示)，则参考波形U_T表现为前半周期为低电平、后半周期为高电平。基于此，若实际获取到的副边线圈L_S2输出电压波形与U_T相同，说明变压器T同名端接线正确，反之则说明接线错误。

在判定变压器T同名端接线正确的情况下，直接控制图3所示拓扑正常运行即可。在判定变压器T同名端接错线的情况下，可以手动调整变压器T同名端接线，可以将图3所示拓扑正常运行时的变压器原边电路100中的各功率开关管的PWM驱动信号取反，也可以将变压器副边电路200中的各功率开关管的PWM驱动信号取反。

由上可知，本发明实施例生成PWM驱动信号去驱动变压器原边电路中的各功率开关管时，原边线圈上被施加电压，副边线圈上获得感应电压，而变压器同名端接错线时得到的副边线圈输出电压波形，与变压器同名端接线正确时得到的副边线圈输出电压波形是互补的，基于此，本发明实施例通过将实际得到的副边线圈输出电压波形与预先计算得到的参考波形作对比，根据对比结果来辨别出变压器同名端是否接错线。

参见图5，本发明实施例公开了一种隔离型DC-DC变换器控制系统，包括处理器100和获取电路200，其中：

获取电路200，用于获取所述隔离型DC-DC变换器的变压器副边线圈输出电压波形；

处理器100，用于生成并输出用于驱动隔离型DC-DC变换器的变压器原边电路中的各功率开关管的PWM驱动信号；判断获取电路200获取到的变压器副边线圈输出电压波形与参考波形是否一致；其中，所述参考波形是指在所述隔离型DC-DC变换器的变压器同名端接线正确的情况下，生成并输出所述PWM驱动信号时所得到的变压器副边线圈输出电压波形；若获取到的变压器副边线圈输出电压波形与参考波形不一致，判定所述隔离型DC-DC变换器的变压器同名端接错线。

可选地，处理器100在判定所述隔离型DC-DC变换器的变压器同名端接错线后，还用于将所述隔离型DC-DC变换器正常运行时的变压器原边电路或变压器副边电路中的各功率开关管的PWM驱动信号取反。

其中，获取电路200具体用于对所述隔离型DC-DC变换器的变压器副边线圈输出电压进行采样、调理和整形。

其中，获取电路200包括：采样调理电路和信号整形电路，所述信号整形电路接在所述采样调理电路的输出端。

具体的，参见图6，所述采样调理电路包括第一电阻R₁、第二电阻R₂、第三电阻R₃、第四电阻R₄和运算放大器U₁，其中：第一电阻R₁和第二电阻R₂的一端分别接副边绕组L_S2的两端；第一电阻R₁的另一端接运算放大器U₁的反相输入端；第二电阻R₂的另一端接运算放大器U₁的同相输入端；第三电阻R₃连接在运算放大器U₁的同相输入端与第一电源(如+1.5V电源)之间；第四电阻R₄接在运算放大器U₁的输出端与反相输入端之间；第一电阻R₁与第二电阻R₂阻值相等，第三电阻R₃与第四电阻R₄阻值相等。

仍参见图6，所述信号整形电路包括第五电阻R₅、第六电阻R₆、第七电阻R₇、第八电阻R₈和比较器U₂，其中：第五电阻R₅连接运算放大器U₁的输出端与比较器U₂的同相输入端；第六电阻R₆连接比较器U₂的反相输入端与所述第一电源；第七电阻R₇连接比较器U₂的输出端与同相输入端；第八电阻R₈连接比较器U₂的输出端与第二电源(如+3.3V电源)。

图6所示获取电路200能够将电平为+1→-1→+1→-1的采样信号调理、整形为电平为+2→0→+2→0的信号输出。

此外，本发明实施例还公开了一种隔离型DC-DC变换器，包括：如上述公开的任一种隔离型DC-DC变换器控制系统。

综上所述，本发明生成PWM驱动信号去驱动变压器原边电路中的各功率开关管时，原边线圈上被施加电压，副边线圈上获得感应电压，而变压器同名端接错线时得到的副边线圈输出电压波形，与变压器同名端接线正确时得到的副边线圈输出电压波形是互补的，基于此，本发明通过将实际得到的副边线圈输出电压波形与预先计算得到的参考波形作对比，根据对比结果来辨别出变压器同名端是否接错线。

此外需要说明的是，所述隔离型DC-DC变换器的变压器原边电路中的各功率开关管可以是MOSFET(Metal Oxide Semiconductor FET，金属氧化物半导体场效应晶体管)，也可以是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)；变压器副边电路中的各功率开关管为MOSFET。当某功率开关管为MOSFET时，该功率开关管的电能输入端为MOSFET的漏极，该功率开关管的电能输出端为MOSFET的源极，该功率开关管的控制端为MOSFET的栅极。当某功率开关管为IGBT时，该功率开关管的电能输入端为IGBT的集电极，该功率开关管的电能输出端为IGBT的发射极，该功率开关管的控制端为IGBT的栅极。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的隔离型DC-DC变换器控制系统而言，由于其与实施例公开的隔离型DC-DC变换器控制方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。