DC-DC变换器及其控制方法与流程

dc-dc变换器及其控制方法
技术领域
[0001]
本公开涉及电力电子领域，具体地，涉及一种dc-dc变换器及其控制方法。


背景技术：

[0002]
dc-dc变换器是一类将某种直流电压源变换为负载所需直流电压源的电源变换装置。dc-dc变换器是构建其他许多类型电能变换器的基本组成部分，其在电力机车、地铁、城市电车、电瓶车，以及开关电源中广泛应用。
[0003]
目前，对于多模块并联的dc-dc变换器，由于各模块所采用的硬件型号不同，以及各模块的硬件参数存在较大的差异，导致dc-dc变换器的各模块负载不均衡。例如，有的模块长期工作在满载状态，有的模块却长期负载很小或处于空载状态。


技术实现要素：

[0004]
本公开的目的是提供一种dc-dc变换器及其控制方法，以解决相关技术中dc-dc变换器的各模块负载不均衡的问题。
[0005]
为了实现上述目的，根据本公开实施例的第一方面，提供一种dc-dc变换器，包括输入端，输出端，多个并联的转换模块，以及主控板；
[0006]
所述主控板与每一所述转换模块相连；
[0007]
所述主控板用于根据需求输出功率，为各个所述转换模块分配功率，其中，各个所述转换模块的输出功率之和为所述输出端的实际输出功率。
[0008]
可选地，所述主控板用于：
[0009]
确定所述需求输出功率所处的目标功率范围，其中，所述主控板预置有多个功率范围；
[0010]
将所述目标功率范围的上限值除以所述多个并联的转换模块的数量，得到第一功率均值；
[0011]
将所述第一功率均值设置为每一所述转换模块的最大输出功率。
[0012]
可选地，每一所述转换模块用于，记录该转换模块在每一模块功率范围内的累计工作时长，其中，每一所述转换模块预置有多个模块功率范围；
[0013]
所述主控板用于，根据所述需求输出功率，确定需求的转换模块的目标数量以及需求的模块功率范围，并在所述多个并联的转换模块中，根据所述目标数量选择在所述需求的模块功率范围内累计工作时长最低的转换模块，并将被选中的转换模块的功率范围设置为对应的所述需求的模块功率范围。
[0014]
可选地，所述主控板还用于：
[0015]
确定各个所述转换模块是否发生故障；
[0016]
若各个所述转换模块中存在发生故障的转换模块，则确定所述需求输出功率所处的目标功率范围；
[0017]
将所述目标功率范围的上限值除以所述未发生故障的转换模块的数量，得到第二
功率均值；
[0018]
将所述第二功率均值设置为每一未发生故障的转换模块的最大输出功率。
[0019]
可选地，所述dc-dc变换器为双向dc-dc变换器，所述输入端包括正向输入端和反向输入端，所述输出端包括正向输出端和反向输出端；
[0020]
所述主控板用于根据正向需求输出功率，为各个所述转换模块分配正向的功率，其中，各个所述转换模块正向的输出功率之和为所述正向输出端的实际输出功率；
[0021]
所述主控板还用于，根据反向需求输出功率，为各个所述转换模块分配反向的功率，其中，各个所述转换模块反向的输出功率之和为所述反向输出端的实际输出功率。
[0022]
根据本公开实施例的第二方面，提供一种dc-dc变换器的控制方法，所述dc-dc变换器包括输入端，输出端，多个并联的转换模块，以及主控板，所述方法包括：
[0023]
所述主控板确定需求输出功率；并
[0024]
根据所述需求输出功率，为各个所述转换模块分配功率，其中，各个所述转换模块的输出功率之和为所述输出端的实际输出功率。
[0025]
可选地，所述根据所述需求输出功率，为各个所述转换模块分配功率，包括：
[0026]
确定所述需求输出功率所处的目标功率范围，其中，所述主控板预置有多个功率范围；
[0027]
将所述目标功率范围的上限值除以所述多个并联的转换模块的数量，得到第一功率均值；
[0028]
将所述第一功率均值设置为每一所述转换模块的最大输出功率。
[0029]
可选地，所述根据所述需求输出功率，为各个所述转换模块分配功率，包括：
[0030]
记录每一所述转换模块在每一模块功率范围内的累计工作时长，其中，每一所述转换模块预置有多个模块功率范围；
[0031]
根据所述需求输出功率，确定需求的转换模块的目标数量以及需求的模块功率范围，并在所述多个并联的转换模块中，根据所述目标数量选择在所述需求的模块功率范围内累计工作时长最低的转换模块，并将被选中的转换模块的功率范围设置为对应的所述需求的模块功率范围。
[0032]
可选地，所述根据所述需求输出功率，为各个所述转换模块分配功率，包括：
[0033]
确定各个所述转换模块是否发生故障；
[0034]
若各个所述转换模块中存在发生故障的转换模块，则确定所述需求输出功率所处的目标功率范围；
[0035]
将所述目标功率范围的上限值除以所述未发生故障的转换模块的数量，得到第二功率均值；
[0036]
将所述第二功率均值设置为每一未发生故障的转换模块的最大输出功率。
[0037]
可选地，所述dc-dc变换器为双向dc-dc变换器，所述输入端包括正向输入端和反向输入端，所述输出端包括正向输出端和反向输出端；所述根据所述需求输出功率，为各个所述转换模块分配功率，其中，各个所述转换模块的输出功率之和为所述输出端的实际输出功率包括：
[0038]
根据正向需求输出功率，为各个所述转换模块分配正向的功率，其中，各个所述转换模块正向的输出功率之和为所述正向输出端的实际输出功率；
[0039]
根据反向需求输出功率，为各个所述转换模块分配反向的功率，其中，各个所述转换模块反向的输出功率之和为所述反向输出端的实际输出功率。
[0040]
通过上述技术方案，至少能够达到如下技术效果：
[0041]
通过主控板确定需求输出功率，并根据需求输出功率为各个转换模块分配功率，其中，各个转换模块的输出功率之和为输出端的实际输出功率。采用这种方法，通过主控板为各个转换模块分配输出功率的方式，能够均衡各个转换模块的输出功率，从而保障各转换模块负载均衡。
[0042]
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0043]
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
[0044]
图1是根据一示例性实施例示出的一种dc-dc变换器的结构示意图。
[0045]
图2是根据一示例性实施例示出的一种双向dc-dc变换器的结构示意图。
[0046]
图3是根据一示例性实施例示出的一种dc-dc变换器的控制方法的流程图。
[0047]
图4是根据一示例性实施例示出的另一种dc-dc变换器的控制方法的流程图。
[0048]
图5是根据一示例性实施例示出的一种dc-dc变换器为各转换模块分配功率的方法流程图。
[0049]
图6是根据一示例性实施例示出的另一种dc-dc变换器为各转换模块分配功率的方法流程图。
具体实施方式
[0050]
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
[0051]
本公开实施例提供一种dc-dc变换器，如图1所示，所述dc-dc变换器100包括输入端101，输出端102，多个并联的转换模块103(如图1中所示的转换模块1至转换模块n)，以及主控板104；
[0052]
所述主控板104与每一所述转换模块103相连；
[0053]
所述主控板104用于根据需求输出功率，为各个所述转换模块103分配功率，其中，各个所述转换模块103的输出功率之和为所述输出端102的实际输出功率。
[0054]
其中，主控板104与每一转换模块103可以采用控制器局域网络(controller area network，简称can)进行通信，也可以采用rs485、以太网等方式进行通信。对此，本公开不做限制。
[0055]
采用上述的dc-dc变换器100，通过在现有的dc-dc变换器中，新加入主控板104，通过主控板104获取dc-dc变换器总的需求输出功率，然后根据总的需求输出功率，为各个转换模块103分配功率，各个转换模块103根据主控板104分配的需求输出功率来做功。如此，可以均衡各个转换模块103的输出功率，从而保障各转换模块103负载均衡。
[0056]
可选地，所述主控板104可以用于：确定所述需求输出功率所处的目标功率范围，其中，所述主控板104中预置有多个功率范围；将所述目标功率范围的上限值除以所述多个
并联的转换模块103的数量，得到第一功率均值，并将所述第一功率均值设置为每一所述转换模块103的最大输出功率。
[0057]
值得说明的是，目标功率范围是在主控板104中预先设置的，并可以根据dc-dc变换器的型号对应的最大输出功率来设置。具体地，可以将dc-dc变换器的最大输出功率划分为多个功率范围或区间，然后将得到的多个该功率范围作为上述的多个目标功率范围。其中，每个目标功率范围与其他目标功率范围不存在相同的功率值。
[0058]
示例地，若dc-dc变换器的最大输出功率为500w，则可以根据需求，将该功率划分得到5个目标功率范围，分别为0～100w，100～200w，200～300w，300～400w，400～500w。同样地，也可以将该功率500w平均(或不平均)划分为其他数量的多个目标功率范围。
[0059]
根据需求输出功率的大小，可以确定需求输出功率所处的目标功率范围。示例地，若当前需求输出功率为380w，则此时，需求输出功率所处的目标功率范围可以是上述的300～400w的范围。
[0060]
进一步地，若需要使用一个包含20个并联转换模块的dc-dc变换器，来提供380w的输出功率。则此时，需求输出功率380w所处的目标功率范围是上述的300～400w范围。那么，该目标功率范围的上限值为400w。用该目标功率范围的上限值400w除以转换模块的数量20，得到第一功率均值为20w。
[0061]
进一步地，将上述得到的第一功率均值20w，作为上述的多个并联的转换模块103中的每一转换模块的最大输出功率。这样，每一转换模块103的输出功率不超过20w，例如每一转换模块103可以输出功率20w或19w等。
[0062]
采用上述的dc-dc变换器100，通过确定需求输出功率所处的目标功率范围，将该目标功率范围的上限值除以转换模块103的总数量，得到第一功率均值，然后将第一功率均值设置为每一转换模块103的最大输出功率。如此，可以减小各模块输出功率值之间的偏差。例如，在上述举例中，使用一个包含20个并联转换模块的dc-dc变换器，来提供380w的输出功率，采用上述的方法，限制了每一转换模块103的输出功率不超过20w。那么，在最差的情况下，可以是19个转换模块分别输出20w的功率，而剩下的一个转换模块输出功率为0w，此时，转换模块间的功率偏差最大值为20w。但是在现有技术中，没有限制每个模块的最大输出功率，那么同理地，在转换模块支持的情况下，可以由一个转换模块输出功率380w，其余转换模块输出功率0w，可见转换模块间的功率偏差最大值可以为380w。如此可见，在这种情况下，采用本公开中的dc-dc变换器100，转换模块间的功率偏差最大值为20w，该值远小于现有技术中转换模块间的功率偏差为380w的值。因此，采用本公开所述的dc-dc变换器100，可以有效降低各个转换模块103之间的功率偏差，从而使各个转换模块103的负载更加均衡。
[0063]
可选地，所述dc-dc变换器100中的每一所述转换模块103可以用于，记录该转换模块在每一模块功率范围内的累计工作时长，其中，每一所述转换模块103中预置有多个模块功率范围。在此种情况下，所述主控板104还可以用于，根据所述需求输出功率，确定需求的转换模块的目标数量以及需求的模块功率范围，并在所述多个并联的转换模块103中，根据所述目标数量选择在所述需求的模块功率范围内累计工作时长最低的转换模块103，并将被选中的转换模块103的功率范围设置为对应的所述需求的模块功率范围。
[0064]
示例地，以上述的dc-dc变换器的最大输出功率为500w为例，将该功率划分得到5
个目标功率范围，分别为：0～100w，100～200w，200～300w，300～400w，400～500w。在一种可能的实施方式中，在每一转换模块的具体器件支持的情况下，可以将每一模块的模块功率范围设置为0～100w，100～200w，200～300w，300～400w，400～500w。在另一中可能的实施方式中，也可以将上述的目标功率范围分别除以该变换器的模块数量20，得到每一模块的模块功率范围为0～5w，5～10w，10～15w，15～20w，20～25w。针对于每一模块功率范围，通过记录每一个转换模块在该模块功率范围内的累计工作时长。如此，可以分别知道每一转换模块103在每一模块功率范围内的历史工作时长。
[0065]
另一个例子，若使用一个并联有5个转换模块的dc-dc变换器来输出功率400w，并且其最大的输出功率为400w，那么可以设模块功率范围为，0～50w，50～100w，100～150w，150～200w，200～250w，250～300w。若在模块功率范围0～50w中模块1、2、3、5都已经累计工作20小时，而模块4累计工作1小时；若在模块功率范围50～100w中模块1、2、4、5都已经累计工作20小时，而模块3累计工作1小时；若在模块功率范围100～150w中模块1、3、4、5都已经累计工作20小时，而模块2累计工作2小时；若在模块功率范围150～200w中模块2、3、4、5都已经累计工作20小时，而模块1累计工作3小时；若在模块功率范围200～250w中模块1、2、3、4、5都已经累计工作20小时；若在模块功率范围250～300w中模块1、2、3、4、5都已经累计工作20小时。通过计算可知，模块4在模块功率范围0～50w内的累计工作时长最低，那么可以控制模块4在模块功率范围0～50w范围内工作，例如按照输出功率40w工作。模块3在模块功率范围50～100w范围内的累计工作时长最低，那么，可以控制模块3在模块功率范围50～100w范围内工作，例如按照输出功率80w工作。模块2在模块功率范围100～150w范围内累计工作时长最低，那么可以控制模块2在模块功率范围100～150w范围内工作，例如按照输出功率120w工作。模块1在模块功率范围150～200w范围内累计工作时长最低，那么可以控制模块1在模块功率范围150～200w范围内工作，例如按照输出功率160w工作。如此，控制模块4输出功率40w，模块3输出功率80w，模块2输出功率120w，模块1输出功率160w，那么该dc-dc变换器总计输出功率400w。
[0066]
采用上述的dc-dc变换器100，通过将每一转换模块103的输出功率划分为多个模块功率范围，然后通过确定每一转换模块103在每一模块功率范围内的历史工作时长，得到每个模块功率范围内的累计工作时长最低的转换模块。根据当前所需的输出功率确定需要做功的转换模块的目标数量，以及确定需求的模块功率范围。根据目标数量选择在需求的模块功率范围内累计工作时长最低的转换模块来进行工作，如此，可以保障各个转换模块103在各个模块功率范围内的累计工作时长较为一致，从而均衡各个转换模块103的总负载。
[0067]
可选地，所述dc-dc变换器100中的所述主控板104还用于：
[0068]
确定各个所述转换模块103是否发生故障；若各个所述转换模块103中存在发生故障的转换模块，则确定所述需求输出功率所处的目标功率范围；将所述目标功率范围的上限值除以所述未发生故障的转换模块的数量，得到第二功率均值；将所述第二功率均值设置为每一未发生故障的转换模块的最大输出功率。
[0069]
在一种可能的情况下，dc-dc变换器100中的某一转换模块103可能会发生故障，而无法工作。若此时仍然用上述的目标功率范围的上限值除以转换模块103的总数量，得到第一功率均值，每一模块按照不超过第一功率均值来做功，如此可能导致整个dc-dc变换器
100输出的功率小于实际需求的功率。原因在于，通过用目标功率范围的上限值除以转换模块103的总数量，可以得到第一功率均值；再通过用目标功率范围的上限值除以未发生故障的转换模块103的数量，可以得到第二功率均值；当多个转换模块103中存在故障模块时，那么此时可以正常工作的转换模块的数量比总的转换模块数量小，此种情况下通过比较第一功率均值与第二功率均值可知，第一功率均值小于第二功率均值。因此，在存在故障转换模块时，若仍以第一功率均值作为每个转换模块的最大输出功率值，那么可能多个转换模块实际输出功率的总和小于实际需求输出功率。
[0070]
因此，在一种可能的实现方式中，可以在各个转换模块103中增加故障标志，在转换模块103因发生故障而无法工作时，将自身的故障状态发送给主控板104，如此，主控板104在计算功率均值时，可以将故障的模块数量去掉，并将需求输出功率分配给正常的转换模块103来输出。在另一种可能的实现方式中，也可以通过主控板104监测各个转换模块103的故障状态，从而控制正常的转换模块103输出实际需求的功率。
[0071]
采用上述的dc-dc变换器100，可以在转换模块103发生故障时，将故障转换模块103的数量去掉，再计算功率均值。然后控制正常的转换模块103来输出不超过该功率均值的功率。如此既能均衡各个转换模块103的负载，还能保障该dc-dc变换器100可以输出实际需求的功率。
[0072]
可选地，所述dc-dc变换器还可以为双向dc-dc变换器，如图2所示，所述双向dc-dc变换器200的所述输入端包括正向输入端2011和反向输入端2012，所述输出端包括正向输出端2021和反向输出端2022；
[0073]
所述主控板204用于根据正向需求输出功率，为各个所述转换模块203分配正向的功率，其中，各个所述转换模块203正向的输出功率之和为所述正向输出端2021的实际输出功率；
[0074]
所述主控板204还用于，根据反向需求输出功率，为各个所述转换模块203分配反向的功率，其中，各个所述转换模块203反向的输出功率之和为所述反向输出端2022的实际输出功率。
[0075]
即是说，对于双向dc-dc变换器，不管是在正向工作状态还是反向工作状态下，都可以通过加入主控板，以控制各个转换模块负载均衡。
[0076]
本公开实施例还提供一种dc-dc变换器的控制方法，如图3所示，所述dc-dc变换器包括输入端，输出端，多个并联的转换模块，以及主控板，所述方法包括：
[0077]
s101、所述主控板确定需求输出功率；
[0078]
s102、根据所述需求输出功率，为各个所述转换模块分配功率，其中，各个所述转换模块的输出功率之和为所述输出端的实际输出功率。
[0079]
采用这种方法，通过确定需求输出功率，然后根据需求输出功率，为各个转换模块分配功率，各个转换模块根据主控板分配的功率来输出功率。如此，可以均衡各个转换模块的输出功率，从而保障各模块负载均衡。
[0080]
本公开实施例还提供另一种dc-dc变换器的控制方法，如图4所示，包括步骤s201至步骤s204，其中，步骤s201与图1中的步骤s101相同，此处不再赘述。在步骤s201之后，执行以下步骤：
[0081]
s202、确定所述需求输出功率所处的目标功率范围，其中，所述主控板预置有多个
功率范围；
[0082]
s203、将所述目标功率范围的上限值除以所述多个并联的转换模块的数量，得到第一功率均值；
[0083]
s204、将所述第一功率均值设置为每一所述转换模块的最大输出功率。
[0084]
采用上述方法，通过确定需求输出功率所处的目标功率范围，将该目标功率范围的上限值除以转换模块的总数量，得到第一功率均值，然后将第一功率均值设置为每一转换模块的最大输出功率。如此，可以减小各转换模块输出功率值之间的偏差。从而使各个转换模块之间的负载更加均衡。
[0085]
本公开实施例还提供一种dc-dc变换器为各转换模块分配功率的方法，如图5所示，dc-dc变换器具体为转换模块分配功率的方式可以包括以下步骤：
[0086]
s301、记录每一所述转换模块在每一模块功率范围内的累计工作时长，其中，每一所述转换模块预置有多个模块功率范围；
[0087]
s302、根据所述需求输出功率，确定需求的转换模块的目标数量以及需求的模块功率范围，并在所述多个并联的转换模块中，根据所述目标数量选择在所述需求的模块功率范围内累计工作时长最低的转换模块，并将被选中的转换模块的功率范围设置为对应的所述需求的模块功率范围。
[0088]
采用上述方法，通过将每一转换模块的输出功率划分为多个模块功率范围，然后通过确定每一转换模块在每一模块功率范围内的历史工作时长，得到每个模块功率范围内的累计工作时长最低的转换模块。根据当前所需的输出功率确定需要做功的转换模块的目标数量，以及确定需求的模块功率范围。根据目标数量选择在需求的模块功率范围内累计工作时长最低的转换模块来输出功率，如此，可以保障各个转换模块在各个模块功率范围内的工作时长较为一致，从而均衡各个转换模块的总负载。
[0089]
本公开实施例还提供另一种dc-dc变换器为各转换模块分配功率的方法，如图6所示，dc-dc变换器具体为转换模块分配功率的另一种实施方式可以包括以下步骤：
[0090]
s401、确定各个所述转换模块是否发生故障；
[0091]
s402、若各个所述转换模块中存在发生故障的转换模块，则确定所述需求输出功率所处的目标功率范围；
[0092]
s403、将所述目标功率范围的上限值除以所述未发生故障的转换模块的数量，得到第二功率均值；
[0093]
s404、将所述第二功率均值设置为每一未发生故障的转换模块的最大输出功率。
[0094]
采用这种方法，可以在某一转换模块发生故障时，将故障转换模块的数量去掉，再计算功率均值，然后控制正常的转换模块来输出不超过该功率均值的功率。如此既能均衡各个转换模块的负载，还能保障该dc-dc变换器可以输出实际需求的功率。
[0095]
在一种可能的实施方式中，所述dc-dc变换器可以为双向dc-dc变换器，所述输入端包括正向输入端和反向输入端，所述输出端包括正向输出端和反向输出端；所述根据所述需求输出功率，为各个所述转换模块分配功率，其中，各个所述转换模块的输出功率之和为所述输出端的实际输出功率包括：
[0096]
根据正向需求输出功率，为各个所述转换模块分配正向的功率，其中，各个所述转换模块正向的输出功率之和为所述正向输出端的实际输出功率；
[0097]
根据反向需求输出功率，为各个所述转换模块分配反向的功率，其中，各个所述转换模块反向的输出功率之和为所述反向输出端的实际输出功率。
[0098]
值得说明的是，本方案上述的dc-dc变换器的控制方法，不仅适用于单向dc-dc变换器，对于双向dc-dc变换器，上述的dc-dc变换器的控制方法也适用。
[0099]
关于上述实施例中的方法，其中各个步骤执行操作的具体方式已经在有关该dc-dc变换器的实施例中进行了详细描述，此处不再赘述。
[0100]
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
[0101]
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0102]
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。