开关电源LCL谐振控制方法及装置与流程

开关电源lcl谐振控制方法及装置
技术领域
[0001]
本发明属于电气控制技术领域，更具体地说，是涉及一种开关电源lcl谐振控制方法及装置。


背景技术：

[0002]
由于lcl滤波器具备良好的高频滤除特性，通常都被选用作为开关电源与电网、开关电源与负载之间的接口，用来提高电流波形质量，但由于lcl滤波器是一个二阶系统，在其谐振频率处，有一个非常大的谐振尖峰，因此严重影响了系统稳定性。为抑制开关电源中的lcl谐振，现有技术中通常采用的技术方案为：增加滤波电容c上的电流采样，基于电容电流进行电路控制。然而，此种方案存在以下缺陷：
[0003]
电容电流采样比较困难，成本较高，现有技术中虽有通过数学模型估算电容电流的方案，但估算的精度需要依靠数学模型的精确性，增加了系统的复杂性，因此，如何在保证控制精确度的同时提供一种采样简便、成本低的控制方案成为本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的在于提供一种开关电源lcl谐振控制方法及装置，以在保证控制精度的同时降低采样难度以及采样成本。
[0005]
本发明实施例的第一方面，提供了一种开关电源lcl谐振控制方法，该开关电源lcl谐振控制方法应用于由开关电源与lcl滤波器连接构成的开关电源电路中，包括：
[0006]
获取lcl滤波器输入侧的电感电流；
[0007]
提取所述电感电流中的高频分量，并基于所述电感电流、所述高频分量以及预设的电流参考值确定所述开关电源的控制量；
[0008]
基于所述控制量对所述开关电源中的开关管进行控制。
[0009]
可选的，在获取开关电源对应的母线电容电压之前，所述预设的电流参考值的确定方法为：
[0010]
获取开关电源对应的母线电容电压；
[0011]
根据所述母线电容电压以及预设的电压参考值确定预设的电流参考值。
[0012]
可选的，所述根据所述母线电容电压以及预设的电压参考值确定电流参考值，包括：
[0013]
基于所述母线电容电压以及预设的电压参考值确定电压误差值；
[0014]
将所述电压误差值输入至预设的电压环控制器中，得到电流参考值。
[0015]
可选的，在提取所述电感电流中的高频分量，并基于所述电感电流、所述高频分量以及所述电流参考值确定所述开关电源的控制量之前，还包括对所述电感电流进行坐标变换的步骤；
[0016]
所述对所述电感电流进行坐标变换的步骤包括：
[0017]
获取所述开关电源输出侧的输出电压，并对所述输出电压进行相位提取，得到开关电源输出侧各相的电压相位；
[0018]
基于所述各相的电压相位对所述电感电流进行坐标变换，得到所述电感电流在dq坐标系下的d轴电流分量和q轴电流分量。
[0019]
可选的，所述提取所述电感电流中的高频分量，包括：
[0020]
将所述d轴电流分量和所述q轴电流分量分别输入至预设的高通滤波器中，得到所述电感电流的d轴高频分量和q轴高频分量。
[0021]
可选的，所述高频分量包括d轴高频分量和q轴高频分量，所述开关电源的控制量包括开关电源在αβ坐标系下的第一α轴控制量和第一β轴控制量；
[0022]
所述基于所述电感电流、所述高频分量以及所述电流参考值确定所述开关电源的控制量，包括：
[0023]
基于所述d轴高频分量、所述电流参考值、以及所述d轴电流分量确定αβ坐标系下的第一α轴控制量；
[0024]
基于所述q轴高频分量、预设的q轴电流参考值、以及所述q轴电流分量确定αβ坐标系下的第一β轴控制量。
[0025]
可选的，所述基于所述d轴高频分量、所述电流参考值、以及所述d轴电流分量确定αβ坐标系下的第一α轴控制量，包括：
[0026]
基于所述d轴高频分量、所述电流参考值、以及所述d轴电流分量确定第一电流误差值；
[0027]
将所述第一电流误差值输入至预设的第一电流环控制器中，得到开关电源在αβ坐标系下的第一α轴控制量。
[0028]
可选的，所述基于所述q轴高频分量、预设的q轴电流参考值、以及所述q轴电流分量确定αβ坐标系下的第一β轴控制量，包括：
[0029]
基于所述q轴高频分量、预设的q轴电流参考值、以及所述q轴电流分量确定第二电流误差值；
[0030]
将所述第二电流误差值输入至预设的第二电流环控制器中，得到开关电源在αβ坐标系下的第一β轴控制量。
[0031]
可选的，所述基于所述控制量对所述开关电源中的开关管进行控制，包括：
[0032]
基于所述各相的电压相位对所述输出电压进行坐标变换，得到输出电压的d轴电压分量和q轴电压分量；
[0033]
基于所述d轴电压分量、所述第一α轴控制量以及所述母线电容电压，得到第二α轴控制量；
[0034]
基于所述q轴电压分量、所述第一β轴控制量以及所述母线电容电压，得到第二β轴控制量；
[0035]
对所述第二α轴控制量和所述第二β轴控制量进行坐标变换，得到dq坐标系下的控制量，基于所述dq坐标系下的控制量对所述开关电源中的开关管进行控制。
[0036]
本发明实施例的第二方面，提供了一种开关电源lcl谐振控制装置，该开关电源lcl谐振控制装置应用于由开关电源与lcl滤波器连接构成的开关电源电路中，包括：
[0037]
数据获取模块，用于获取lcl滤波器输入侧的电感电流；
[0038]
电流环控制模块，用于提取所述电感电流中的高频分量，并基于所述电感电流、所述高频分量以及预设的电流参考值确定所述开关电源的控制量；
[0039]
控制量输出模块，用于基于所述控制量对所述开关电源中的开关管进行控制。
[0040]
本发明实施例的第三方面，提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的开关电源lcl谐振控制方法的步骤。
[0041]
本发明实施例的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的开关电源lcl谐振控制方法的步骤。
[0042]
本发明实施例提供的开关电源lcl谐振控制方法及装置的有益效果在于：
[0043]
一方面，区别于现有技术中采样电容电流的控制方案，本发明通过采样电感电流来实现开关电源lcl谐振的控制，采样更加简便，采样成本更低。另一方面，本发明将电感电流的高频分量作为反馈量加入到控制量的计算中，可抵消掉控制环路中高频部分的控制量，从而提高控制精度，更好地抑制开关电源的lcl谐振。
附图说明
[0044]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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。
[0045]
图1为本发明一实施例提供的开关电源lcl谐振控制方法的流程示意图；
[0046]
图2为本发明一实施例提供的开关电源lcl谐振控制装置的结构框图；
[0047]
图3为本发明一实施例提供的开关电源lcl谐振控制环路的示意图。
具体实施方式
[0048]
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0049]
请参考图1和图3，图1为本发明一实施例提供的开关电源lcl谐振控制方法的流程示意图，图3为本发明一实施例提供的开关电源lcl谐振控制环路的示意图，该开关电源lcl谐振控制方法应用于由开关电源与lcl滤波器连接构成的开关电源电路中，包括：
[0050]
s101：获取lcl滤波器输入侧的电感电流。
[0051]
在本实施例中，电感电流也即图3中的ila、ilb、ilc。
[0052]
s102：提取电感电流中的高频分量，并基于电感电流、高频分量以及预设的电流参考值确定开关电源的控制量。
[0053]
在本实施例中，可将电感电流中的高频分量加入到开关电源控制量的计算中，从而抵消掉控制环路中高频部分的控制量。
[0054]
s103：基于控制量对开关电源中的开关管进行控制。
[0055]
在本实施例中，可基于控制量对开关电源中的开关管进行控制，以抑制开关电源
的lcl谐振，其中，基于控制量对开关电源中的开关管进行控制可以详述为：根据控制量确定开关电源上各个开关管的驱动脉冲的占空比调节量，根据各个开关管的驱动脉冲的占空比调节量对开关电源上各个开关管的驱动脉冲进行调整，以实现开关电源的闭环控制。
[0056]
由上可以得出，一方面，区别于现有技术中采样电容电流的控制方案，本发明通过采样电感电流来实现开关电源lcl谐振的控制，采样更加简便，采样成本更低。另一方面，本发明将电感电流的高频分量作为反馈量加入到控制量的计算中，可抵消掉控制环路中高频部分的控制量，从而提高控制精度，更好地抑制开关电源的lcl谐振。
[0057]
可选的，请参考图1和图3，作为本发明实施例提供的开关电源lcl谐振控制方法的一种具体实施方式，预设的电流参考值的确定方法为：
[0058]
获取开关电源对应的母线电容电压。
[0059]
根据母线电容电压以及预设的电压参考值确定预设的电流参考值。
[0060]
在本实施例中，母线电容电压也即图3中的up+un。
[0061]
在本实施例中，可首先基于母线电容电压以及预设的电压参考值确定电压误差值，再将电压误差值输入至预设的电压环控制器中，得到电流参考值。
[0062]
可选的，请参考图1和图3，作为本发明实施例提供的开关电源lcl谐振控制方法的一种具体实施方式，在获取开关电源对应的母线电容电压之前，还包括确定母线电容电压的步骤。
[0063]
确定母线电容电压的步骤包括：
[0064]
采集开关电源对应的正母线电容电压和负母线电容电压。
[0065]
将正母线电容电压和负母线电容电压之和作为母线电容电压。
[0066]
在本实施例中，正母线电容电压也即图3中的up，负母线电容电压也即图3中的un。
[0067]
可选的，请参考图1和图3，作为本发明实施例提供的开关电源lcl谐振控制方法的一种具体实施方式，根据母线电容电压以及预设的电压参考值确定电流参考值，包括：
[0068]
基于母线电容电压up+un以及预设的电压参考值ubusref确定电压误差值。
[0069]
将电压误差值输入至预设的电压环控制器中，得到电流参考值idref。
[0070]
在本实施例中，预设的电压环控制器可以为比例积分控制器，也可以为由比例积分控制器和重复控制器组成的复合控制器，此处不作限定。
[0071]
可选的，请参考图1和图3，作为本发明实施例提供的开关电源lcl谐振控制方法的一种具体实施方式，在提取电感电流中的高频分量，并基于电感电流、高频分量以及电流参考值确定开关电源的控制量之前，还包括对电感电流进行坐标变换的步骤。
[0072]
对电感电流进行坐标变换的步骤包括：
[0073]
获取开关电源输出侧的输出电压(也即uca、ucb、ucc)，并对输出电压进行相位提取，得到开关电源输出侧各相的电压相位。
[0074]
基于各相的电压相位对电感电流进行坐标变换，得到电感电流在dq坐标系下的d轴电流分量ild和q轴电流分量ilq。
[0075]
在本实施例中，基于各相的电压相位对电感电流进行坐标变换，得到电感电流在dq坐标系下的d轴电流分量和q轴电流分量，包括：
[0076]
基于各相的电压相位对电感电流进行clark变换，得到αβ坐标系下的两相电流，对αβ坐标系下的两相电流进行park变换，得到电感电流在dq坐标系下的ild和q轴电流分量
ilq。
[0077]
可选的，请参考图1和图3，作为本发明实施例提供的开关电源lcl谐振控制方法的一种具体实施方式，提取电感电流中的高频分量，包括：
[0078]
将d轴电流分量和q轴电流分量分别输入至预设的高通滤波器gc(s)中，得到电感电流的d轴高频分量和q轴电流分量。
[0079]
在本实施例中，高通滤波器gc(s)用于提取电感电流中的高频谐振分量，其可以为一阶高通滤波器，也可以为二阶高通滤波器或更高阶次高通滤波器。
[0080]
可选的，作为本发明实施例提供的开关电源lcl谐振控制方法的一种具体实施方式，高频分量包括d轴高频分量和q轴高频分量，开关电源的控制量包括开关电源在αβ坐标系下的第一α轴控制量和第一β轴控制量。
[0081]
基于电感电流、高频分量以及电流参考值确定开关电源的控制量，包括：
[0082]
基于d轴高频分量、电流参考值、以及d轴电流分量确定αβ坐标系下的第一α轴控制量。
[0083]
基于q轴高频分量、预设的q轴电流参考值、以及q轴电流分量确定αβ坐标系下的第一β轴控制量。
[0084]
可选的，请参考图1和图3，作为本发明实施例提供的开关电源lcl谐振控制方法的一种具体实施方式，基于d轴高频分量、电流参考值、以及d轴电流分量确定αβ坐标系下的第一α轴控制量，包括：
[0085]
基于d轴高频分量、电流参考值、以及d轴电流分量确定第一电流误差值。
[0086]
将第一电流误差值输入至预设的第一电流环控制器中，得到开关电源在αβ坐标系下的第一α轴控制量。
[0087]
在本实施例中，第一电流误差值＝d轴高频分量ild+电流参考值idref-d轴电流分量。
[0088]
在本实施例中，第一电流环控制器可以为比例积分控制器。
[0089]
可选的，请参考图1和图3，作为本发明实施例提供的开关电源lcl谐振控制方法的一种具体实施方式，基于q轴高频分量、预设的q轴电流参考值、以及q轴电流分量确定αβ坐标系下的第一β轴控制量，包括：
[0090]
基于q轴高频分量、预设的q轴电流参考值、以及q轴电流分量确定第二电流误差值。
[0091]
将第二电流误差值输入至预设的第二电流环控制器中，得到开关电源在αβ坐标系下的第一β轴控制量。
[0092]
在本实施例中，第二电流误差值＝q轴高频分量ilq+预设的q轴电流参考值iqref-q轴电流分量。其中，q轴电流参考值iqref可以设置为0。
[0093]
其中，第二电流环控制器可以为比例积分控制器，第一电流环控制器和第二电流环控制器可以相同也可以不同。
[0094]
可选的，请参考图1和图3，作为本发明实施例提供的开关电源lcl谐振控制方法的一种具体实施方式，基于控制量对开关电源中的开关管进行控制，包括：
[0095]
基于各相的电压相位对输出电压进行坐标变换，得到输出电压的d轴电压分量和q轴电压分量。
[0096]
基于d轴电压分量ucd、第一α轴控制量以及母线电容电压，得到第二α轴控制量uα。
[0097]
基于q轴电压分量ucq、第一β轴控制量以及母线电容电压，得到第二β轴控制量uβ。
[0098]
对第二α轴控制量和第二β轴控制量进行坐标变换，得到dq坐标系下的控制量，基于dq坐标系下的控制量对开关电源中的开关管进行控制。
[0099]
在本实施例中，基于d轴电压分量、第一α轴控制量以及母线电容电压，得到第二α轴控制量uα的方法为：
[0100]
第二α轴控制量uα＝(d轴电压分量ucd+第一α轴控制量)/(母线电容电压un+up)。
[0101]
在本实施例中，基于q轴电压分量ucq、第一β轴控制量以及母线电容电压，得到第二β轴控制量uβ的方法为：
[0102]
第二β轴控制量uβ＝(q轴电压分量ucq+第一β轴控制量)/(母线电容电压un+up)。
[0103]
在本实施例中，基于dq坐标系下的控制量对开关电源中的开关管进行控制可以详述为：基于dq坐标系下的控制量确定开关电源上各个开关管的驱动脉冲的占空比调节量，根据各个开关管的驱动脉冲的占空比调节量对开关电源上各个开关管的驱动脉冲进行调整，以实现开关电源的闭环控制。
[0104]
对应于上文实施例的开关电源lcl谐振控制方法，图2为本发明一实施例提供的开关电源lcl谐振控制装置的结构框图。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。参考图2，该开关电源lcl谐振控制装置20应用于由开关电源与lcl滤波器连接构成的开关电源电路中，包括：数据获取模块21、电流环控制模块23、控制量输出模块24。
[0105]
其中，数据获取模块21，用于获取lcl滤波器输入侧的电感电流。
[0106]
电流环控制模块23，用于提取电感电流中的高频分量，并基于电感电流、高频分量以及预设的电流参考值确定开关电源的控制量。
[0107]
控制量输出模块24，用于基于控制量对开关电源中的开关管进行控制。
[0108]
可选的，请参考图2，作为本发明实施例提供的开关电源lcl谐振控制装置的一种具体实施方式，开关电源lcl谐振控制装置20还可以包括电压环控制模块22。
[0109]
电压环控制模块22，用于获取开关电源对应的母线电容电压，并根据母线电容电压以及预设的电压参考值确定电流参考值。
[0110]
可选的，作为本发明实施例提供的开关电源lcl谐振控制装置的一种具体实施方式，在获取开关电源对应的母线电容电压之前，还包括确定母线电容电压的步骤。
[0111]
确定母线电容电压的步骤包括：
[0112]
采集开关电源对应的正母线电容电压和负母线电容电压。
[0113]
将正母线电容电压和负母线电容电压之和作为母线电容电压。
[0114]
可选的，作为本发明实施例提供的开关电源lcl谐振控制装置的一种具体实施方式，根据母线电容电压以及预设的电压参考值确定电流参考值，包括：
[0115]
基于母线电容电压以及预设的电压参考值确定电压误差值。
[0116]
将电压误差值输入至预设的电压环控制器中，得到电流参考值。
[0117]
可选的，作为本发明实施例提供的开关电源lcl谐振控制装置的一种具体实施方式，在提取电感电流中的高频分量，并基于电感电流、高频分量以及电流参考值确定开关电源的控制量之前，还包括对电感电流进行坐标变换的步骤。
[0118]
对电感电流进行坐标变换的步骤包括：
[0119]
获取开关电源输出侧的输出电压，并对输出电压进行相位提取，得到开关电源输出侧各相的电压相位。
[0120]
基于各相的电压相位对电感电流进行坐标变换，得到电感电流在dq坐标系下的d轴电流分量和q轴电流分量。
[0121]
可选的，作为本发明实施例提供的开关电源lcl谐振控制装置的一种具体实施方式，提取电感电流中的高频分量，包括：
[0122]
将d轴电流分量和q轴电流分量分别输入至预设的高通滤波器中，得到电感电流的d轴高频分量和q轴高频分量。
[0123]
可选的，作为本发明实施例提供的开关电源lcl谐振控制装置的一种具体实施方式，高频分量包括d轴高频分量和q轴高频分量，开关电源的控制量包括开关电源在αβ坐标系下的第一α轴控制量和第一β轴控制量。
[0124]
基于电感电流、高频分量以及电流参考值确定开关电源的控制量，包括：
[0125]
基于d轴高频分量、电流参考值、以及d轴电流分量确定αβ坐标系下的第一α轴控制量。
[0126]
基于q轴高频分量、预设的q轴电流参考值、以及q轴电流分量确定αβ坐标系下的第一β轴控制量。
[0127]
可选的，作为本发明实施例提供的开关电源lcl谐振控制装置的一种具体实施方式，基于d轴高频分量、电流参考值、以及d轴电流分量确定αβ坐标系下的第一α轴控制量，包括：
[0128]
基于d轴高频分量、电流参考值、以及d轴电流分量确定第一电流误差值。
[0129]
将第一电流误差值输入至预设的第一电流环控制器中，得到开关电源在αβ坐标系下的第一α轴控制量。
[0130]
可选的，作为本发明实施例提供的开关电源lcl谐振控制装置的一种具体实施方式，基于q轴高频分量、预设的q轴电流参考值、以及q轴电流分量确定αβ坐标系下的第一β轴控制量，包括：
[0131]
基于q轴高频分量、预设的q轴电流参考值、以及q轴电流分量确定第二电流误差值。
[0132]
将第二电流误差值输入至预设的第二电流环控制器中，得到开关电源在αβ坐标系下的第一β轴控制量。
[0133]
可选的，作为本发明实施例提供的开关电源lcl谐振控制装置的一种具体实施方式，基于控制量对开关电源中的开关管进行控制，包括：
[0134]
基于各相的电压相位对输出电压进行坐标变换，得到输出电压的d轴电压分量和q轴电压分量。
[0135]
基于d轴电压分量、第一α轴控制量以及母线电容电压，得到第二α轴控制量。
[0136]
基于q轴电压分量、第一β轴控制量以及母线电容电压，得到第二β轴控制量。
[0137]
对第二α轴控制量和第二β轴控制量进行坐标变换，得到dq坐标系下的控制量，基于dq坐标系下的控制量对开关电源中的开关管进行控制。
[0138]
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，
这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。