基于DSP的双向DC/DC驱动脉冲调制方法及装置与流程

本发明涉及DC/DC能量变换领域，尤其涉及一种基于DSP的双向DC/DC驱动脉冲调制方法及装置。

背景技术：

双向DC/DC能量变换器拥有能够实现能量双向流动的独特优势，在光伏发电、风能发电系统以及电动汽车中用来解决功率流的平衡、能量存储以及不间断供电的问题。双向DC/DC能量变换器能否快速平滑的实现能量流动方向的切换、能量流动过程中高低压侧电压或者电流能否满足给定的要求以及PWM的调制脉冲是否简单高效易于实现，都是保证双向DC/DC能量变换器系统稳定高效工作的重要条件。

因此，提出一种能够有效的降低双向DC/DC能量变换器中PWM调制脉冲的配置，以及控制系统通过软件实现控制要求的基于DSP的双向DC/DC驱动脉冲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基于DSP的双向DC/DC驱动脉冲调制方法及装置，能够有效的降低双向DC/DC能量变换器中PWM调制脉冲的配置以及控制系统通过软件实现控制要求的复杂程度。

本发明实施例提供了一种基于DSP的双向DC/DC驱动脉冲调制方法，包括：

S1：通过第一预置公式计算得到低压直流母线的电压平均值，并判断所述电压平均值是否在预置BOOST模式启动电压范围内，若不在，则执行S2，若在，则执行S4；

S2：通过第二预置公式计算预置BUCK模式下的与第一相开关管Q1、第一相开关管Q3、第一相开关管Q5和第二相开关管Q2、第二相开关管Q4、第二相开关管Q6的驱动信号移相角对应的控制电压值；

S3：通过DSP的定时器将所述控制电压值转换为与所述控制电压值对应的移相时间，根据所述移相时间设置第一相开关管Q1的驱动信号与第二相开关管Q4的驱动信号反相，第一相开关管Q3的驱动信号与第二相开关管Q2的驱动信号反相，第一相开关管Q5的驱动信号与第一相开关管Q1的驱动信号同相，第一相开关管Q5的驱动信号与第二相开关管Q6的驱动信号反相，并执行S1；

S4：通过第三预置公式计算预置BOOST模式下开关管Q1的驱动信号占空比，并通过DSP的定时器将所述驱动信号占空比转换为开关管Q1的驱动信号导通时间，根据所述驱动信号导通时间设置开关管Q1的驱动信号与开关管Q2的驱动信号相位相差180°；

S5：设置开关管Q3和开关管Q5的驱动信号与开关管Q1的驱动信号相同，设置开关管Q4和开关管Q6的驱动信号与开关管Q2的驱动信号相同，并执行S1。

优选地，所述第一预置公式为：

u_{dc_ave}(k)＝u_dc(k-2)*c₂+u_dc(k-1)*c₁+u_dc(k)*c₀

其中，u_dc(k-2)、u_dc(k-1)和u_dc(k)分别为由低压采样电路获得的k-2、k-1和k时刻低压直流母线电压值；c₂、c₁和c₀分别为u_dc(k-2)、u_dc(k-1)和u_dc(k)的权重系数。

优选地，所述第二预置公式为：

u(k)＝e(k-2)*b₁+e(k-1)*b₂+e(k)*b₀+u(k-2)*a₂+u(k-1)*a₁

其中，u(k)表示当前周期输出的移相角对应的控制电压值；u(k-1)表示前一个周期输出的移相角对应的控制电压值；u(k-2)表示前两个周期输出移相角对应的控制电压值；e(k)表示当前周期给定电压与采样电路实时反馈电压误差输入值；e(k-1)表示当前一个周期给定电压与采样电路实时反馈电压误差输入值；e(k-2)表示前两个周期给定的电压与采样电路实时反馈电压误差输入值；b₂、b₁、b₀、a₂、a₁为权重系数。

优选地，所述第三预置公式为：

d(n)＝e(n-2)*b₁₁+e(n-1)*b₁₂+e(n)*b₁₀+d(n-2)*a₁₂+d(n-1)*a₁₁

其中，d(n)表示当前周期输出的占空比；d(n-1)表示前一个周期输出的占空比；d(n-2)表示前两个周期输出占空比；e(n)表示当前周期给定电压与采样电路实时反馈电压误差输入值；e(n-1)表示前一个周期给定电压与采样电路实时反馈电压误差输入值；e(n-2)表示前两个周期给定电压与采样电路实时反馈电压误差输入值；b₁₂、b₁₁、b₁₀、a₁₂、a₁₁为权重系数。

优选地，所述步骤S2中在预置BUCK模式下将开关管Q1的驱动信号、开关管Q3的驱动信号、开关管Q5的驱动信号的占空比设置为0.5。

优选地，所述步骤S2中在预置BUCK模式下将开关管Q2的驱动信号、开关管Q4的驱动信号、开关管Q6的驱动信号的占空比设置为0.5。

优选地，所述步骤S2中通过PI算法改变第一相开关管Q1、第一相开关管Q3、第一相开关管Q5和第二相开关管Q2、第二相开关管Q4、第二相开关管Q6的驱动信号重叠相位大小。

优选地，所述步骤S5中通过PI算法改变开关管Q1、开关管Q3、开关管Q5或开关管Q2、开关管Q4、开关管Q6的驱动信号占空比大小。

优选地，本发明实施例提供的一种基于DSP的双向DC/DC驱动脉冲调制装置，包括：

判断单元，用于通过第一预置公式计算得到低压直流母线的电压平均值，并判断所述电压平均值是否在预置BOOST模式启动电压范围内，若不在，则触发第一计算单元，若在，则触发第二计算单元；

第一计算单元，用于通过第二预置公式计算预置BUCK模式下的与第一相开关管Q1、第一相开关管Q3、第一相开关管Q5和第二相开关管Q2、第二相开关管Q4、第二相开关管Q6的驱动信号移相角对应的控制电压值；

转换单元，用于通过DSP的定时器将所述控制电压值转换为与所述控制电压值对应的移相时间，根据所述移相时间设置第一相开关管Q1的驱动信号与第二相开关管Q4的驱动信号反相，第一相开关管Q3的驱动信号与第二相开关管Q2的驱动信号反相，第一相开关管Q5的驱动信号与第一相开关管Q1的驱动信号同相，第一相开关管Q5的驱动信号与第二相开关管Q6的驱动信号反相，并触发判断单元；

第二计算单元，用于通过第三预置公式计算预置BOOST模式下开关管Q1的驱动信号占空比，并通过DSP的定时器将所述驱动信号占空比转换为开关管Q1的驱动信号导通时间，根据所述驱动信号导通时间设置开关管Q1的驱动信号与开关管Q2的驱动信号相位相差180°；

设置单元，用于设置开关管Q3和开关管Q5的驱动信号与开关管Q1的驱动信号相同，设置开关管Q4和开关管Q6的驱动信号与开关管Q2的驱动信号相同，并触发判断单元。

优选地，所述判断单元包括：

计算子单元，用于通过第一预置公式计算得到低压直流母线的电压平均值；

判断子单元，用于判断所述电压平均值是否在预置BOOST模式启动电压范围内，若不在，则触发第一计算单元，若在，则触发第二计算单元。

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基于DSP的双向DC/DC驱动脉冲调制方法及装置，其中，该基于DSP的双向DC/DC驱动脉冲调制方法包括：S1：通过第一预置公式计算得到低压直流母线的电压平均值，并判断所述电压平均值是否在预置BOOST模式启动电压范围内，若不在，则执行S2，若在，则执行S4；S2：通过第二预置公式计算预置BUCK模式下的与第一相开关管Q1、第一相开关管Q3、第一相开关管Q5和第二相开关管Q2、第二相开关管Q4、第二相开关管Q6的驱动信号移相角对应的控制电压值；S3：通过DSP的定时器将所述控制电压值转换为与所述控制电压值对应的移相时间，根据所述移相时间设置第一相开关管Q1的驱动信号与第二相开关管Q4的驱动信号反相，第一相开关管Q3的驱动信号与第二相开关管Q2的驱动信号反相，第一相开关管Q5的驱动信号与第一相开关管Q1的驱动信号同相，第一相开关管Q5的驱动信号与第二相开关管Q6的驱动信号反相，并执行S1；S4：通过第三预置公式计算预置BOOST模式下开关管Q1的驱动信号占空比，并通过DSP的定时器将所述驱动信号占空比转换为开关管Q1的驱动信号导通时间，根据所述驱动信号导通时间设置开关管Q1的驱动信号与开关管Q2的驱动信号相位相差180°；S5：设置开关管Q3和开关管Q5的驱动信号与开关管Q1的驱动信号相同，设置开关管Q4和开关管Q6的驱动信号与开关管Q2的驱动信号相同，并执行S1。

本发明实施例通过基于DSP数字微处理器来实现双向DC/DC驱动脉冲波形的调制。根据双向DC/DC能量变换器能量流动的方向不同，双向DC/DC能量变换器驱动脉冲调制算法分为两种，即在BUCK模式下驱动脉冲调制算法采用改进的移相调制算法，改进的移相调制算法是将开关管Q1、Q3、Q5作为一相，将开关管Q2、Q4、Q6作为另一相，且将两相占空比固定设置为0.5，通过PI算法实时改变两相重叠相位的大小进而控制能量传递的大小，为了避免出现同相开关同时导通的情况，需设置相应的死区时间。在BOOST模式下驱动脉冲调制算法，即将Q1、Q3、Q5三个开关管PWM驱动脉冲设置相同，同理也将管Q2、Q4、Q6三个开关管的PWM驱动脉冲设置相同，通过PI算法实时单独改变Q1、Q3、Q5或Q2、Q4、Q6三个开关管的PWM驱动脉冲的占空比的大小来实现对传递能量大小的控制，实现了根据能量变换器的能量流动方向的不同采用了不同的PWM调制策略，能使能量变换器能量的流动更易于控制，且该控制系统及PWM的调制方法的实现除电压采样环节外均是在DSP微处理器内部进行软件运算和控制，实时控制性比较强且易于修改和维护。

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基于DSP的双向DC/DC驱动脉冲调制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种基于DSP的双向DC/DC驱动脉冲调制装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种基于DSP的双向DC/DC驱动脉冲调制方法及装置的应用实施例图；

图4为在BUCK模式下PWM调制波形；

图5为在BOOST模式下PWM调制波形。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种基于DSP的双向DC/DC驱动脉冲调制方法及装置，能够有效的降低双向DC/DC能量变换器中PWM调制脉冲的配置以及控制系统通过软件实现控制要求的复杂程度。

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基于DSP的双向DC/DC驱动脉冲调制方法的一个实施例，包括：

101、通过第一预置公式计算得到低压直流母线的电压平均值，并判断电压平均值是否在预置BOOST模式启动电压范围内，若不在，则执行102，若在，则执行104；

102、通过第二预置公式计算预置BUCK模式下的与第一相开关管Q1、第一相开关管Q3、第一相开关管Q5和第二相开关管Q2、第二相开关管Q4、第二相开关管Q6的驱动信号移相角对应的控制电压值；

103、通过DSP的定时器将控制电压值转换为与控制电压值对应的移相时间，根据移相时间设置第一相开关管Q1的驱动信号与第二相开关管Q4的驱动信号反相，第一相开关管Q3的驱动信号与第二相开关管Q2的驱动信号反相，第一相开关管Q5的驱动信号与第一相开关管Q1的驱动信号同相，第一相开关管Q5的驱动信号与第二相开关管Q6的驱动信号反相，并执行101；

104、通过第三预置公式计算预置BOOST模式下开关管Q1的驱动信号占空比，并通过DSP的定时器将驱动信号占空比转换为开关管Q1的驱动信号导通时间，根据驱动信号导通时间设置开关管Q1的驱动信号与开关管Q2的驱动信号相位相差180°；

105、设置开关管Q3和开关管Q5的驱动信号与开关管Q1的驱动信号相同，设置开关管Q4和开关管Q6的驱动信号与开关管Q2的驱动信号相同，并执行101。

具体地，第一预置公式为：

u_{dc_ave}(k)＝u_dc(k-2)*c₂+u_dc(k-1)*c₁+u_dc(k)*c₀

其中，u_dc(k-2)、u_dc(k-1)和u_dc(k)分别为由低压采样电路获得的k-2、k-1和k时刻低压直流母线电压值；c₂、c₁和c₀分别为u_dc(k-2)、u_dc(k-1)和u_dc(k)的权重系数。

第二预置公式为：

u(k)＝e(k-2)*b₁+e(k-1)*b₂+e(k)*b₀+u(k-2)*a₂+u(k-1)*a₁

其中，u(k)表示当前周期输出的移相角对应的控制电压值；u(k-1)表示前一个周期输出的移相角对应的控制电压值；u(k-2)表示前两个周期输出移相角对应的控制电压值；e(k)表示当前周期给定电压与采样电路实时反馈电压误差输入值；e(k-1)表示当前一个周期给定电压与采样电路实时反馈电压误差输入值；e(k-2)表示前两个周期给定的电压与采样电路实时反馈电压误差输入值；b₂、b₁、b₀、a₂、a₁为权重系数。

第三预置公式为：

d(n)＝e(n-2)*b₁₁+e(n-1)*b₁₂+e(n)*b₁₀+d(n-2)*a₁₂+d(n-1)*a₁₁

其中，d(n)表示当前周期输出的占空比；d(n-1)表示前一个周期输出的占空比；d(n-2)表示前两个周期输出占空比；e(n)表示当前周期给定电压与采样电路实时反馈电压误差输入值；e(n-1)表示前一个周期给定电压与采样电路实时反馈电压误差输入值；e(n-2)表示前两个周期给定电压与采样电路实时反馈电压误差输入值；b₁₂、b₁₁、b₁₀、a₁₂、a₁₁为权重系数。

步骤102中在预置BUCK模式下将开关管Q1的驱动信号、开关管Q3的驱动信号、开关管Q5的驱动信号的占空比设置为0.5。

步骤102中在预置BUCK模式下将开关管Q2的驱动信号、开关管Q4的驱动信号、开关管Q6的驱动信号的占空比设置为0.5。

步骤102中通过PI算法改变第一相开关管Q1、第一相开关管Q3、第一相开关管Q5和第二相开关管Q2、第二相开关管Q4、第二相开关管Q6的驱动信号重叠相位大小。

步骤105中通过PI算法改变开关管Q1、开关管Q3、开关管Q5或开关管Q2、开关管Q4、开关管Q6的驱动信号占空比大小。

请参阅图2，本发明实施例提供的一种基于DSP的双向DC/DC驱动脉冲调制装置的一个实施例，包括：

判断单元201，用于通过第一预置公式计算得到低压直流母线的电压平均值，并判断电压平均值是否在预置BOOST模式启动电压范围内，若不在，则触发第一计算单元202，若在，则触发第二计算单元204；

第一计算单元202，用于通过第二预置公式计算预置BUCK模式下的与第一相开关管Q1、第一相开关管Q3、第一相开关管Q5和第二相开关管Q2、第二相开关管Q4、第二相开关管Q6的驱动信号移相角对应的控制电压值；

转换单元203，用于通过DSP的定时器将控制电压值转换为与控制电压值对应的移相时间，根据移相时间设置第一相开关管Q1的驱动信号与第二相开关管Q4的驱动信号反相，第一相开关管Q3的驱动信号与第二相开关管Q2的驱动信号反相，第一相开关管Q5的驱动信号与第一相开关管Q1的驱动信号同相，第一相开关管Q5的驱动信号与第二相开关管Q6的驱动信号反相，并触发判断单元201；

第二计算单元204，用于通过第三预置公式计算预置BOOST模式下开关管Q1的驱动信号占空比，并通过DSP的定时器将驱动信号占空比转换为开关管Q1的驱动信号导通时间，根据驱动信号导通时间设置开关管Q1的驱动信号与开关管Q2的驱动信号相位相差180°；

设置单元205，用于设置开关管Q3和开关管Q5的驱动信号与开关管Q1的驱动信号相同，设置开关管Q4和开关管Q6的驱动信号与开关管Q2的驱动信号相同，并触发判断单元201。

判断单元201包括：

计算子单元2011，用于通过第一预置公式计算得到低压直流母线的电压平均值；

判断子单元2012，用于判断电压平均值是否在预置BOOST模式启动电压范围内，若不在，则触发第一计算单元202，若在，则触发第二计算单元204。

下面以一个具体的应用实施例对本发明实施例提供的一种基于DSP的双向DC/DC驱动脉冲调制方法及装置进行详细说明，请参阅图3至图5，包括：

步骤一：通过下式来获得低压直流母线的电压平均值：

u_{dc_ave}(k)＝u_dc(k-2)*c₂+u_dc(k-1)*c₁+u_dc(k)*c₀；

其中，u_dc(k-2)、u_dc(k-1)和u_dc(k)分别为由低压采样电路获得的k-2、k-1和k时刻低压直流母线的值，c₂、c₁和c₀分别为u_dc(k-2)、u_dc(k-1)和u_dc(k)的权重系数；

步骤二：将低压直流母线电压的平均值u_{dc_ave}(k)与设定的BOOST模式启动电压进行比较，如果u_{dc_ave}(k)不在BOOST模式启动电压范围内，则执行步骤三，否则执行步骤五；

步骤三：通过下式计算BUCK模式下两相开关管Q1、Q3、Q5和Q2、Q4、Q6驱动信号移相角所对应控制电压值：

u(k)＝e(k-2)*b₁+e(k-1)*b₂+e(k)*b₀+u(k-2)*a₂+u(k-1)*a₁；

其中，u(k)表示当前周期输出的移相角对应的控制电压值，u(k-1)表示前一个周期输出的移相角对应的控制电压值，u(k-2)表示前两个周期输出移相角对应的控制电压值。e(k)表示当前周期给定电压与采样电路实时反馈电压误差输入值，e(k-1)表示当前一个周期给定电压与采样电路实时反馈电压误差输入值，e(k-2)表示前两个周期给定的电压与采样电路实时反馈电压误差输入值，b₂、b₁、b₀、a₂、a₁为权重系数；

步骤四：如图4所示，通过设置DSP中的定时器，将控制电压值u(k)转换为对应的移相时间，并设置开关管Q1与Q4的驱动信号反相、开关管Q3和Q2的驱动信号反相、开关管Q5和Q1的驱动信号同相以及开关管Q5和Q6的驱动信号反相，执行完毕后返回步骤一；

步骤五：通过下式计算BOOST模式下开关管Q1的驱动信号占空比值：

d(n)＝e(n-2)*b₁₁+e(n-1)*b₁₂+e(n)*b₁₀+d(n-2)*a₁₂+d(n-1)*a₁₁；

其中，d(n)表示当前周期输出的占空比，d(n-1)表示前一个周期输出的占空比，d(n-2)表示前两个周期输出占空比。e(n)表示当前周期给定电压与采样电路实时反馈电压误差输入值，e(n-1)表示前一个周期给定电压与采样电路实时反馈电压误差输入值，e(n-2)表示前两个周期给定电压与采样电路实时反馈电压误差输入值，b₁₂、b₁₁、b₁₀、a₁₂、a₁₁为权重系数；

步骤六：如图5所示，通过设置DSP中的定时器，将占空比值d(n)转换为开关管Q1的驱动信号所对应的导通时间，并设置开关管Q2与Q1的驱动信号输出相位相差为180°。

步骤七：设置开关管Q3和Q5的驱动信号输出与开关管Q1的驱动信号相同、设置开关管Q4和Q6的驱动信号与开关管Q2的驱动信号相同，执行完毕后返回步骤一。

该改进移相调制算法事先将Q1、Q3、Q5、Q2、Q4、Q6开关管的驱动信号的占空比固定设置为0.5且Q1和Q4，Q2和Q3，Q5和Q6开关管的驱动信号固定设置为互补且相位相差为180°。

在本实施例中，本发明实施例提供的一种基于DSP的双向DC/DC驱动脉冲调制装置如图4中DSP所示。

图4中DSP内部ADC采样模块采样到的数据经过本发明实施例提供的一种基于DSP的双向DC/DC驱动脉冲调制装置的判断单元，再经过第一计算单元或第二计算单元进行相应的运算和处理后，再输出到DSP内部的PWM模块进行波形调制。

其中，图4中DSP内部的PWM模块包括：本发明实施例提供的一种基于DSP的双向DC/DC驱动脉冲调制装置的转换单元和设置单元。

本应用实施例实现了以下优点：(1)电压闭环控制系统中ADC采样处理模块、PWM模块彼此之间通过各自的指针变量进行相互的连接，形成了模块化的控制方式算法快速性好，适合于在线数字实现；(2)PWM调制方法根据能量变换器的能量流动方向的不同采用了不同的PWM调制策略，能使能量变换器能量的流动更易于控制；(3)该控制系统及PWM的调制方法的实现除电压采样环节外均是在DSP微处理器内部进行软件运算和控制，实时控制性比较强且易于修改和维护。

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。