DAB-LLCSigma变换器的性能提升控制方法

本公开涉及混合dc/dc变换器控制技术领域，特别涉及一种dab-llcsigma变换器的性能提升控制方法。

背景技术：

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

随着分布式能源、新能源汽车及各类直流负载的迅猛发展，dc/dc变换器作为直流配电网、微电网的核心装备，受到了越来越多的关注。双有源桥式变换器(dualactivebridge，dab)和llc谐振变换器是当今中、大功率领域应用最为广泛的dc/dc变换器。然而，两种拓扑均有其各自的优缺点。llc能实现高效率变换，但需工作于开环、谐振频率下；dab电流应力大，效率较低，但具有高度可控性，可灵活控制输出电压及功率。

dab-llcsigma变换器由dab和llc变换器通过输入串联输出并联(input-series-output-parallel，isop)组合而成，其充分利用了两种拓扑的优势，传统控制方法为：llc变换器工作于开环、谐振频率，以高效率传输大部分功率；dab变换器工作于单移相(singlephaseshift，sps)模式，传输剩余小部分功率，通过pi控制器调节dab移相角实现sigma变换器的输出电压控制。此种控制方法简单可靠，且能保证变换器的高效率与高可控性的优势。

发明人发现，上述方法在负载瞬态时性能较差，在负载切换时，由于仅能通过调节传输小功率的dab变换器来调节输出电压，导致dab瞬态电流应力过大，sigma变换器输出电压超调大、调节时间长，并且需要更高带宽的pi控制器，严重时会影响系统稳定性。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种dab-llcsigma变换器的性能提升控制方法，改善了变换器的瞬态响应特性，减小了电流应力，提高了系统稳定性。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开第一方面提供了一种dab-llcsigma变换器的性能提升控制方法。

一种dab-llcsigma变换器的性能提升控制方法，包括以下过程：

获取dab-llcsigma变换器的负载电流和输出电压；

当负载电流变化量绝对值小于或等于预设阈值时，执行稳态控制：结合获取的输出电压，采用电压环pi控制器调节dab变换器的移相角，进行输出电压稳态控制；

当负载电流变化量绝对值大于预设阈值时，执行瞬态控制：针对llc变换器，利用最优轨迹控制，根据负载电流变化量绝对值和llc变换器的变压器励磁电感，得到pwm驱动脉冲延迟时间或缩短时间，改变一个周期的pwm脉冲，调整llc变换器状态；结合获取的输出电压，采用电压环pi控制器调节dab变换器的移相角，进行输出电压稳态恢复控制。

进一步的，根据dab-llcsigma变换器额定功率及期望的dab变换器、llc变换器功率配比选择dab变换器和llc变换器的变压器变比。

进一步的，dab-llcsigma变换器的输出电压采样频率大于或等于dab变换器的工作频率，负载电流采样频率大于或等于llc变换器的工作频率。

进一步的，执行稳态控制时，根据dab变换器的变压器变比、dab变换器的移相角、dab-llcsigma变换器的输入电压以及dab变换器的变压器侧电感及开关频率，得到负载电流控制量。

进一步的，llc稳态输出电流值与总负载电流的比值为llc变换器的功率同llc变换器与dab变换器的功率和的比值。

进一步的，pwm脉冲延迟时间为llc变换器的变压器励磁电感与负载电流变化量绝对值，再与两倍的llc变换器的变压器变比同输入电压的乘积的比值。

进一步的，pwm脉冲缩短时间为其中tr为llc变换器的谐振周期，ill为轻载负载电流，ihl为重载负载电流。

本公开第二方面提供了一种dab-llcsigma变换器的性能提升控制系统。

一种dab-llcsigma变换器的性能提升控制系统，包括：

数据获取模块，被配置为：获取dab-llcsigma变换器的负载电流和输出电压；

稳态控制模块，被配置为：当负载电流变化量绝对值小于或等于预设阈值时，执行稳态控制：结合获取的输出电压，采用电压环pi控制器调节dab变换器的移相角，进行输出电压稳态控制；

瞬态控制模块，被配置为：当负载电流变化量绝对值大于预设阈值时，执行瞬态控制：针对llc变换器，利用最优轨迹控制，根据负载电流变化量绝对值和llc变换器的变压器励磁电感，得到pwm驱动脉冲延迟时间或缩短时间，改变一个周期的pwm脉冲，调整llc变换器状态；结合获取的输出电压，采用电压环pi控制器调节dab变换器的移相角，进行输出电压稳态恢复控制。

本公开第三方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开第一方面所述的dab-llcsigma变换器的性能提升控制方法中的步骤。

本公开第四方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开第一方面所述的dab-llcsigma变换器的性能提升控制方法中的步骤。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

1、本公开所述的方法、系统、介质或电子设备，通过检测负载电流并设置电流变化量阈值来区分稳态和瞬态过程，稳态时仅通过电压环pi控制器调节dab移相角以消除静态误差，此时dab和llc均能实现软开关，系统效率高。

2、本公开所述的方法、系统、介质或电子设备，瞬态时引入对llc的otc控制，在一个周期内将llc谐振腔状态迅速调整至新的状态，使得llc变换器成为更加理想的直流变压器，大大减小了dab补偿瞬态误差时的电流应力，提高了整体系统的响应速度，减小了输出电压超调，同时还可以减小pi控制器的带宽，有利于系统稳定。

3、本公开所述的方法、系统、介质或电子设备，在不影响dab-llcsigma变换器稳态效率的同时，提高了负载突变时瞬态响应特性，实施简单，具有很高的实用价值。

4、本公开所述的方法、系统、介质或电子设备，根据dab-llcsigma变换器额定功率及期望的dab、llc功率配比选择dab和llc的变压器的变比，使得系统在大部分时间工作于软开关区域。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开实施例1提供的dab-llcsigma变换器拓扑图。

图2为本公开实施例1提供的控制流程图。

图3为本公开实施例1提供的具体控制框图。

图4为本公开实施例1提供的负载突增时llc的pwm驱动信号、谐振电容电压、谐振电感电流示意图。

图5为本公开实施例1提供的负载突减时llc的pwm驱动信号、谐振电容电压、谐振电感电流波形图。

图6为本公开实施例1提供的负载突增时sigma变换器输出电压、dab电感电流、llc谐振电流波形图。

图7为本公开实施例1提供的负载突减时sigma变换器输出电压、dab电感电流、llc谐振电流波形图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1：

如图1所示，本公开实施例1提供了一种dab-llcsigma变换器的性能提升控制方法，具体的，包括以下内容：

s1：根据dab-llcsigma变换器额定功率及期望的dab、llc功率配比选择dab和llc的变压器的变比，以期系统在大部分时间工作于软开关区域。由于dab和llc在输入端为串联关系，所以其功率之比(pdab/pllc)等于其输入电压之比(vcin1/vcin2)，而两者输出电压相同，故变压器变比关系如下：

而对于llc变压器，由于其主要工作于谐振频率处，不需要适应较宽的输入输出电压范围，所以其励磁电感可适当增大，减小励磁电流，进一步提高效率。

s2：确定dab、llc变换器的工作频率fdab、fllc及电压、电流采样频率。具体地，因llc工作于谐振状态，可采用较高频率以提高响应速度、较小谐振元件体积等；虽然dab关断电流大，但由于dab传递功率较小，其也可采用较高频率。而后确定采样频率，输出电压采样频率大于等于fdab，以满足电压环pi控制器控制带宽需要，负载电流采样频率大于等于fllc，以便能实现瞬态时针对llc的otc控制。

s3：如图2的流程图所示，控制策略根据负载电流变化量绝对值大小分为两部分。控制框图如图3所示，负载恒定或变化较小时，仅通过电压环pi控制器调节dab移相角d，此时系统模型与dab模型类似，据公式(2)可直接控制负载电流。负载电流变化较大时，即负载突变时，引入了对llc的otc控制。

s4：针对llc变换器部分的otc控制，具体地，根据新的负载电流值确定llc下一稳态的输出电流值，llc稳态输出电流值iollc与总负载电流iload的关系如下：

s5：负载突变分为负载突增和突减两种情况，当负载电流由轻载ill突增至重载ihl时，llc驱动pwm信号延迟开通或关断，延迟时间与负载电流和变压器励磁电感相关，如公式(4)所示。延迟期间llc通过励磁电流为谐振电容充电，使其迅速达到重载时所需的稳态值，驱动及谐振腔电压、电流波形如图4所示。

s6：当负载电流由重载ihl突减至轻载ill时，llc驱动pwm信号提前开通或关断，提前时间与负载电流和谐振周期相关，如公式(5)所示，由于pwm信号的提前动作，谐振电容充电不足，可迅速达到轻载时所需的稳态值，驱动及谐振腔电压、电流波形如图5所示。

s7：由图4和图5中的波形可知，当检测到负载电流突变时，针对llc的otc控制在一个周期内将谐振腔调整至所需状态，即llc的传输功率迅速到达突变后的值，此时dab变换器就不需要补偿由于llc的滞后、震荡带来的功率变化，极大的减小了dab瞬态时的电流应力，图6和图7分别展示了本实施例中负载突增、突减瞬态时输出电压、dab电感电流和谐振腔电流的波形变化，可以看出，输出电压瞬态响应较好，超调小于0.5％。

实施例2：

本公开实施例2提供了一种dab-llcsigma变换器的性能提升控制系统，包括：

数据获取模块，被配置为：获取dab-llcsigma变换器的负载电流和输出电压；

稳态控制模块，被配置为：当负载电流变化量绝对值小于或等于预设阈值时，执行稳态控制：结合获取的输出电压，采用电压环pi控制器调节dab变换器的移相角，进行输出电压稳态控制；

瞬态控制模块，被配置为：当负载电流变化量绝对值大于预设阈值时，执行瞬态控制：针对llc变换器，利用最优轨迹控制，根据负载电流变化量绝对值和llc变换器的变压器励磁电感，得到pwm驱动脉冲延迟时间或缩短时间，改变一个周期的pwm脉冲，调整llc变换器状态；结合获取的输出电压，采用电压环pi控制器调节dab变换器的移相角，进行输出电压稳态恢复控制。

所述系统的工作方法与实施例1提供的dab-llcsigma变换器的性能提升控制方法相同，这里不再赘述。

实施例3：

本公开实施例3提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开实施例1所述的dab-llcsigma变换器的性能提升控制方法中的步骤。

实施例4：

本公开实施例4提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开实施例1所述的dab-llcsigma变换器的性能提升控制方法中的步骤。

本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

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，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)或随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)等。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。