兼容电池负载和恒流负载的控制方法及计算机设备与流程

本发明涉及谐振电路技术领域，特别是涉及一种兼容电池负载和恒流负载的控制方法及计算机设备。

背景技术：

由于llc电路(谐振电路)具有恒压、恒流、恒功率等功能，同时又具有纹波小，效率高等有点，因此在电力电子设备中经常被使用，特别是在充电桩、hvdc、充电器、高精度直流源等应用场景中。在电力电子设备中，llc电路一般是用于隔离、升降压电路的，这样通过高频隔离可以替代工频隔离变压器，也可以调节电压变比以实现升降压，因此llc电路成为了当前技术发展的趋势。在llc部分的传统的控制回路中，主要有电压环和电流环，电压环用于实现恒压的功能，电流用于恒流控制。电池负载和恒流负载是llc输出常用的负载。现有技术在llc电路切换连接负载时，常常会因为无法兼容电池负载、恒流负载而影响电路正常的工作运行。

技术实现要素：

基于此，有必要针对现有技术在llc电路切换连接负载时，无法兼容电池负载、恒流负载的问题，提供一种兼容电池负载和恒流负载的控制方法及计算机设备。

一种兼容电池负载和恒流负载的控制方法，获取llc电路中电压环路的输出电压，并基于所述输出电压获取限幅因子；将所述限幅因子作为llc电路中电流环路的电流输出上限，对电流环路的输出电流进行限幅；获取llc电路中电流环路调制前的第一输出电流，并基于所述第一输出电流获取电流前馈值；基于所述第一输出电流与所述电流前馈值的差值获取所述电流环路调制后的第二输出电流；将所述输出电压与所述第二输出电流进行比较，基于二者中数值较小者进行曲线拟合，以获取控制频率值。

上述兼容电池负载和恒流负载的控制方法，利用电压环路的输出电压获取限幅因子来限制电流环路的输出电流幅值，同时通过电流前馈值来对进一步对所述电流环路的输出电流进行调节从而实现可以避免出现电压抬升而引起大电流，同时避免进入到恒流环时引起电压降落。此时，对输出电压和调制后的第二输出电流进行比较，取小后进行曲线拟合，以使所述llc电路实现对输出频率值的控制。通过在llc电路的电压环路和电流环路中引入一个可用于电压环路的输出以限制电流环路的限幅因子，以及在电流环路中加入电流前馈的方法，以确保llc电路在不同负载条件下都能实现对输出频率值的有效控制，兼容了不同输出负载间的切换。

在其中一个实施例中，基于所述输出电压获取限幅因子包括：将所述输出电压带入限幅因子计算公式以获取所述限幅因子；所述限幅因子的计算公式为：

iuplimit＝remvout*k+b；其中，iuplimit为限幅因子，remvout为电压环路的输出电压，k为所述输出电压的倍数，b为电流限幅的初始值。

在其中一个实施例中，k的取值范围为1～1.5，b的取值范围为0～0.5。

在其中一个实施例中，基于所述第一输出电流获取电流前馈值包括：将所述第一输出电流带入电流前馈值计算公式以获取所述电流前馈值；所述电流前馈值的计算公式为：

iforward＝iout*p；其中，iforward为电流前馈值，iout为输出电流，p为调节系数。

在其中一个实施例中，iforward的取值范围为0～0.2。

在其中一个实施例中，所述兼容电池负载和恒流负载的控制方法还包括根据所述llc电路连接的输出负载调节k、b及p的数值。

在其中一个实施例中，所述llc电路连接的输出负载包括电池负载或恒流负载。

在其中一个实施例中，当所述llc电路连接的输出负载为电池负载时，对k、b、p数值的调节方法包括将p设定为第一预设值，从小到大地逐步调整k、b，直至得到在p为第一预设值时k、b的上限值；逐次增大所述第一预设值的数值，并同时对k、b的上限值进行逐步调整测试，直至所述llc电路在将输出负载切换为电池负载时，由于限幅因子和电流前馈值对所述电流环路的调制效果导致所述所述电流环路的第二输出电流在预设时间内小于所述电压环路的输出电压，所述电流环路控制所述llc电路的输出频率值。

在其中一个实施例中，当所述llc电路连接的输出负载为恒流负载时，对k、b、p数值的调节方法包括将p设定为第二预设值，从大到小地逐步调整k、b，直至得到在p为第二预设值时k、b的下限值；逐次减小所述第二预设值的数值，并同时对k、b的下限值进行逐步调整测试，直至所述llc电路在将输出负载切换为恒流负载时，由于所述限幅因子被所述输出电压影响，所述电流环路的数值无法降至小于所述电压环路的输出电压，所述电压环路控制所述llc电路的输出频率值。

一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项实施例所述的方法的步骤。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统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申请的一些实施例，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为本发明其中一实施例的兼容电池负载和恒流负载的控制方法的方法流程图；

图2为本发明其中一实施例的兼容电池负载和恒流负载的控制方法的具体步骤流程图；

图3为本发明其中一实施例的当输出负载为电池负载时对k、b、p数值的调节方法的方法流程图；

图4为本发明其中一实施例的当输出负载为恒流负载时对k、b、p数值的调节方法的方法流程图；

图5为本发明其中一实施例的llc电路的连接负载突然投切至电池负载时的波形图；

图6为本发明其中一实施例的llc电路的连接负载突然投切至电池负载时的波形图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

llc电路是电力电子设备中经常使用的一种电路，特别是在充电桩、hvdc、充电器、高精度直流源中被广泛使用。llc电路具有恒压、恒流、恒功率的功能，同时具有纹波小，效率高等特点，在系统中一般用作隔离、升降压电路，这样高频隔离替代了工频隔离变压器，也可以调节电压变比实现升降压，因此llc电路成为了当前技术发展的趋势。

本发明提供了一种可以确保llc电路实现在电池负载、恒流负载间随意投切的一种兼容电池负载和恒流负载的控制方法。图1为本发明其中一实施例的兼容电池负载和恒流负载的控制方法的方法流程图，所述方法包括如下步骤s100至s500。

s100：获取llc电路中电压环路的输出电压，并基于所述输出电压获取限幅因子。

s200：将所述限幅因子作为llc电路中电流环路的电流输出上限，对电流环路的输出电流进行限幅。

s300：获取llc电路中电流环路调制前的第一输出电流，并基于所述第一输出电流获取电流前馈值。

s400：基于所述第一输出电流与所述电流前馈值的差值获取所述电流环路调制后的第二输出电流。

s500：将所述输出电压与所述第二输出电流进行比较，基于二者中数值较小者进行曲线拟合，以获取控制频率值。

图2为本发明其中一实施例的兼容电池负载和恒流负载的控制方法的具体步骤流程图。在llc电路的控制回路中，主要包括电压环路和电流环路。所述电压环路用于实现恒压控制的功能，所述电流环路用于恒流控制的功能。现有的llc电路在对将这两个环路的输出取小后，再经过一个曲线拟合的环节，最终输出频率值。通过这个频率值来实现pwm输出，从而实现控制目的。如图2所述，本发明提供的控制方法中，在llc电路的控制回路中加入了限幅因子和电流前馈值来对所述电流环路和所述电压环路间的关系做调整。在加入限幅因子时，首先需要获取电压环路输出的输出电压，根据所述输出电压获取对于所述电流环路的限幅因子。将所述限幅因子作为所述电流环路的电流输出上限值，对所述电流环路的输出电流进行限幅，即用所述电压环路的输出去限制所述电流环路积分的幅值。同时，在加入电流前馈值时，需要获取所述电流环路经调制钱的第一输出电流，根据所述第一输出电流获取所述电流环路的电流前馈值。将所述电流前馈值回馈至所述电流环路中，所述电流环路经调制后的第二输出电流为所述第一输出电流与所述电流前馈值的差值，即用所述电流环路的输出电流去限制所述电流环路的输出幅值。

通过合理调节所述限幅因子和所述电流前馈值，可以实现在投切电池负载时，由于所述电流环路的积分上限被电压环路的输出所影响而限幅；同时负载切换时的冲击电流很大，因此电流前馈值也会很大，所述电流环路的输出减去前馈值后最终输出就会越来越小，所述电流环路的输出值很快就会小于电压环路的输出值，并接管控制环路，避免电压抬升引起大电流。而在恒流负载时，由电流前馈值发挥主要作用，由于电流环路的积分幅值是被电压环路的输出限幅，因此电流前馈值较小，所述电流环路的输出值较大，因此llc电路会一直工作在电压环路中，避免进入到电流环路中引起电压降落。借助本发明提供的控制方法对所述llc电路的电压环路和电流环路间关系进行调节，可以确保实现在电池负载和恒流负载间的随意投切。

在其中一个实施例中，基于所述输出电压获取限幅因子包括将所述输出电压带入限幅因子计算公式中以获取所述限幅因子。所述限幅因子的计算公式为：

iuplimit＝remvout*k+b；

其中，iuplimit为限幅因子，remvout为电压环路的输出电压，k为所述输出电压的倍数，b为电流限幅的初始值。

在获取所述电压环路的输出电压后，需要将所述输出电压代入限幅因子的计算公式中以求得所述限幅因子。所述电压环路的输出电压为remvout，其中，remvout的数值范围为0～1。经过代入限幅因子的计算公式后得到限幅因子iuplimit，使用所述限幅因子iuplimit的值作为所述电流环路的积分输出上限，对所述电流环路的输出电流幅值进行限制。所述限幅因子的计算公式中k值是电压路环输出电压的倍数，用于调节限幅的快慢；b值是限幅因子的限幅初始值，对电流环路的电流起点值起直接作用。

在其中一个实施例中，k的取值范围为1～1.5，b的取值范围为0～0.5。由k的取值范围可知，所述限幅因子与所述电压环路的输出电压呈正相关的关系。因此，当所述输出电压的数值越大，所述限幅因子的数值也就越大，对于所述电流环路积分输出的限制也就越大，所述电流环路的输出电流的幅值就越小；同样地，当所述输出电压的数值越小，所述限幅因子的数值也就越小，对于所述电流环路积分输出的限制也就越小，所述电流环路的输出电流的幅值就越大。

在其中一个实施例中，基于所述第一输出电流获取电流前馈值包括将所述第一输出电流带入前馈电流计算公式以获取所述电流前馈值。所述前馈电流计算公式为：

iforward＝iout*p；

其中，iforward为电流前馈值，iout为输出电流，p为调节系数。

在获取所述电流环路的第一输出电流后，需要将所述第一输出电流代入电流前馈值的计算公式中以求得所述电流前馈值。所述电流环路的输出电流为iout，经过代入所述电流前馈值的计算公式后得到所述电流前馈值iforward。将所述电流前馈值iforward的值反馈至所述电流环路中，也可以对所述电流环路的输出电流幅值进行限制。所述电流前馈值可以在llc电路中出现了较大的冲击电流时，调节所述电流环路的输出电流，从而更容易进入电流环路，防止冲击电流导致所述电流环路输出端的电流猛增而触发过流保护导致设备关机。同时，所述电流前馈值也可以在电流平滑的情景时，更利于进入电压环路。

在其中一个实施例中，iforward的取值范围为0～0.2。iforward的取值可根据不同的使用需求进行调节。由于所述电流前馈值iforward是通过所述电流环路的输出电流乘以系数p获得的，因此。iforward的取值范围与p值的大小相关。当需要对冲击电流有较好的平衡效果时，需要p值取得较大；而当需要使所述llc电路更顺利地进入所述电压环路时，则需要尽可能的减小p值。

在其中一个实施例中，所述兼容电池负载和恒流负载的控制方法还包括根据所述llc电路连接的输出负载调节k、b及p的数值。由于电池负载和恒流负载的需求是矛盾的，一个需要在连接后使所述llc电路快速地进入到所述电流环路、另一个需要在连接后使所述llc电路快速地进入所述电压环路，因此需要经过通过多次试验不断地调节k、b、p的数值来实现所述llc电路对电池负载和恒流负载的任意投切。

在其中一个实施例中，所述llc电路连接的输出负载包括电池负载或恒流负载。电池负载和恒流负载是llc输出常用的负载，在带电池负载时，需要控制器快速进入到电流环路，控制充电电流恒流工作。由于投切电池负载时电流环路的积分已经正饱和，因此即使投载时会有很大的冲击电流，但是电流环退出饱和仍需要一定的时间，在这电流环路退饱和之前还是电压环路起作用，电压环路会去抬升输出端电压。在这个抬升过程中会使输出端电流猛增，从而触发过流保护导致关机。在使用本发明提供的控制方法后，使用所述电压环路的输出计算限幅因子对所述电流环路的积分上限作限制，以限制所述电流环路的输出幅值；同时，所述电流前馈值可以防止所述电流环路的输出端猛增而导致过流保护，当所述电流环路的输出电流较大时，所述电流前馈值也相应增大，可以及时地对所述电流环路的输出电流作调整，使所述电流环路的输出越来越小，很快就会小于所述电压环路的输出值，从而使所述llc电路进入所述电流环路，并控制住输出电流值。

而带恒流负载时，需要控制器快速进入电压环路，稳定输出电压，但是这时的输出电流会很快增加到负载设定的恒流值，因此又需要电流环的积分是一个比较大的初始值，或者处在正饱和状态才能使控制器快速进入电压环路。如果此时进入了电流环路，会使得输出电压不可控，造成电压跌落比较深，不符合跌落幅度的要求。在使用本发明提供的控制方法后，由于用于限制所述电流环路的积分上限的限幅因子是与所述电压环路的输出电压相关的，因此，所述限幅因子的存在不利于所述电流环路的输出快速增加；同时，可以利用所述电流环路在投切至恒流负载时的输出电流较为平滑的特点，此时p值的大小对所述电流环路的最终输出不起主要作用，使所述llc电路一直工作在所述电压环路中，避免进入到所述电流环路并引起电压降落。综合所述限幅因子和所述电流前馈值在电路中起到的作用来所述电流环路和所述电压环路间的关系，从而实现所述llc电路在电池负载和恒流负载间进行任意投切的目标。

图3为本发明其中一实施例的当输出负载为电池负载时对k、b、p数值的调节方法的方法流程图，在其中一个实施例中，当所述llc电路连接的输出负载为电池负载时，对k、b、p数值的调节方法包括如下步骤s610至s620。

s610：将p设定为第一预设值，从小到大地逐步调整k、b，直至得到在p为第一预设值时k、b的上限值。

s620：逐次增大所述第一预设值的数值，并同时对k、b的上限值进行逐步调整测试，直至所述llc电路在将输出负载切换为电池负载时，由于限幅因子和电流前馈值对所述电流环路的调制效果导致所述所述电流环路的第二输出电流在预设时间内小于所述电压环路的输出电压，所述电流环路控制所述llc电路的输出频率值。

在本实验中，对所述llc电路投切至所述电池负载时k、b、p的取值进行测试。在投切至所述电池负载时会希望k、b的数值较小、p的数值较大。因此，在实验时，先将p的值定为一个数值较小的所述第一预设值，同时从小到大地改变k、b的取值，测试此时限幅因子和电流前馈值在电路中的调节作用，不断调节直至得到k、b的上限值。再将p的所述第一预设值调大，并从小到大地改变k、b的取值，测试此时限幅因子和电流前馈值在电路中的调节作用，重新确定k、b的上限值。不断的重复上述步骤数次，直至限幅因子和电流前馈值可以较好地对所述电流环路进行调节，以使在所述llc电路投切至所述电池负载时，所述电流环路的第二输出电流可以在较短的时间内调节至小于所述电压环路的输出电压，从而使所述llc电路根据所述电流环路的输出电路确定输出的频率值，即所述电流环路成为控制电路。

图4为本发明其中一实施例的当输出负载为恒流负载时对k、b、p数值的调节方法的方法流程图。在其中一个实施例中，当所述llc电路连接的输出负载为恒流负载时，对k、b、p数值的调节方法包括如下步骤s630至s640。

s630：将p设定为第二预设值，从大到小地逐步调整k、b，直至得到在p为第二预设值时k、b的下限值。

s640：逐次减小所述第二预设值的数值，并同时对k、b的下限值进行逐步调整测试，直至所述llc电路在将输出负载切换为恒流负载时，由于所述限幅因子被所述输出电压影响，所述电流环路的数值无法降至小于所述电压环路的输出电压，所述电压环路控制所述llc电路的输出频率值。

在本实验中，对所述llc电路投切至所述恒流负载时k、b、p的取值进行测试。在投切至所述恒流负载时会希望k、b的数值较大、p的数值较小。因此，在实验时，先将p的值定为一个数值较大的所述第二预设值，同时从大到小地改变k、b的取值，测试此时限幅因子和电流前馈值在电路中的调节作用，不断调节直至得到k、b的下限值。再将p的所述第二预设值调小，并从大到小地改变k、b的取值，测试此时限幅因子和电流前馈值在电路中的调节作用，重新确定k、b的下限值。不断的重复上述步骤数次，直至限幅因子和电流前馈值可以使在所述llc电路投切至所述电池负载时，所述电流环路的第二输出电流可以使所述电流环路无法调节至小于所述恒流负载的输出电压，从而使所述llc电路根据所述电压环路的输出电路确定输出的频率值，即所述电流环路成为控制电路。

在其中一个实施例中，经过上述实验测试后，确定k、b、p的取值为k＝1.18，b＝0.22，p＝0.19。图5为本发明其中一实施例的llc电路的连接负载突然投切至电池负载时的波形图，可见，经本发明提供的所述控制方法对所述llc电路中所述电流环路和所述电压环路间的关系进行调整后，当电池电压为240v、电池电流为100a时，可以看到在投且至电池负载时，电路中会产生很大的冲击电流，所述llc电路的输出电压被拉到电池端口电压，随后所述电流环路接管控制电路，所述llc电路快速进入到所述电流环路，并控制住输出电流，使电路维持在100a的恒流工作状态。图6为本发明其中一实施例的llc电路的连接负载突然投切至电池负载时的波形图，可见，经本发明提供的所述控制方法对所述llc电路中所述电流环路和所述电压环路间的关系进行调整后，恒流负载的工作电流设置了在了90a，在所述llc电路连接至所述恒流负载时，电路中的电流比较平滑，所述llc电路很快就稳住了电流，电路中的电压在经历了一个很小的跌落后又趋于稳定。

应该理解的是，虽然图1、图3-4的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1、图3-4中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

本发明还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述实施例中任一项所述的方法的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(read-onlymemory，rom)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(staticrandomaccessmemory，sram)或动态随机存取存储器(dynamicrandomaccessmemory，dram)等。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。