一种直流适配器及其自适应控制方法

1.本发明涉及智能用电、直流适配技术领域，特别是涉及一种直流适配器以及适用于直流适配器的自适应控制方法。


背景技术：

2.近年来，因环境污染及能源问题态势日趋严峻，分布式能源和储能技术等获得了良好的发展。此外，随着直流用电设备的增多，直流配用电技术逐渐获得了良好的发展前景与应用空间。目前，众多研究学者在直流配电领域进行了相关研究工作，但是对于低压配用电领域，尤其是低压用电侧相关直流关键设备的分析和应用鲜有研究。其中，直流适配器作为用电侧电压转换的关键环节，在提升能效、节约成本等方面意义重大，具有广阔的发展前景。直流适配器本质上是一种dc/dc功率变换器。现有低压直流用电环境中，直流负荷种类繁多且适配电压等级多样。为推进直流配用电技术的发展，直流适配器的研发不仅需要满足高效高功率密度的需求，还需要实现宽电压增益范围可调的功能，进而解决一器一用、多电压等级适配的问题。因此研究适用于直流适配器的自适应控制方法对于实现适配器电压宽范围调节的特性的至关重要。


技术实现要素：

3.针对现有技术中的直流用电环境变换器输出电压等级单一，难以实现多种类、多工况负载自适应适配的不足，本发明提出一种直流适配器及其自适应控制方法，基于llc+buck变换器，。
4.本发明利用以下技术方案实现：
5.一种直流适配器，该直流适配器由llc+buck变换器两级变换器级联结构构成；其中：前级采用llc直流变换器，后级采用三个buck电路并联的buck变换器，前级llc直流变换器将375v母线输入电压v
in
变换为50v电压，后级buck变换器则将50v电压变换为0-50v输出电压，实现多电压等级宽范围输出；其中，
6.所述llc直流变换器包括逆变单元和整流单元；
7.在所述buck变换器中，buck1路为交错并联的buck电路、buck2路和buck3路为单buck电路。
8.一种直流适配器的自适应控制方法，该方法应用于后级buck变换器，以实现直流适配器0-50v宽电压范围内自适应调节，具体包括以下步骤：
9.步骤1、首先，空载输出低压调节，；
10.步骤2、判断空载输出电压是否为2v？
11.如否，则返回步骤1；
12.如是，则执行步骤3，
13.步骤3、判断当前是否负载接入？
14.步骤4、进行低压响应负载类型判断，该步骤用于区分负载自适应适配调节的为感
性类负载自适应适配调节或者阻性类负载自适应适配调节；
15.步骤5、判断空载输出电流是否大于0(，即i
out
》0？
16.如满足i
out
》0，则进入步骤6，
17.步骤6、进行阻性类负载自适应适配调节；
18.如未满足i
out
》0，则进入步骤7，
19.步骤7、进行感性类负载自适应适配调节；
20.通过大量的负载测试、不同类型负载的运行特性分析，本发明将现有家用负载分为两类，分别为感性类负载和阻性类负载。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果及优点在于：
22.解决了现有技术中传统交流适配器一器一用，输出电压和负载单一性的问题。
附图说明
23.图1为本发明的一种直流适配器拓扑结构图；
24.图2为适用于本发明的一种直流适配器的自适应控制方法整体流程图；
25.图3为感性类负载自适应适配调节流程图；
26.图4为阻性类负载自适应适配调节流程图。
具体实施方式
27.以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
28.如图1所示，为本发明的直流适配器拓扑结构图。采用llc+buck变换器两级变换器级联结构构成。其中：前级采用llc直流变换器，后级采用三个buck电路并联的buck变换器。其中，所述llc直流变换器包括逆变单元、谐振腔单元和整流单元，在所述buck变换器中，buck1路为交错并联的buck电路、buck2路和buck3路为单buck电路。前级llc变换器将375v母线输入电压v
in
变换为50v前级llc和后级buck中间的电压v
mid
，后级buck变换器则将50v前级llc和后级buck中间的v
mid
变换为0-50v输出电压，实现多电压等级宽范围输出的效果。
29.所述逆变单元为由四个开关管q
1-q4构成的全桥结构，实现了将直流电压变换为方波信号；
30.所述谐振单元由lr、cr和lm构成，实现了通过谐振过程进行电压变换；
31.所述整流单元采用全桥结构或者全波结构，具体为由q
5-q6构成的全波整流结构；
32.所述buck1路由四个开关管q
a1
、q
a2
、q
b1
、q
b2
，两个电感l
buck1a
、l
buck1b
及输出电容c
out1
构成；
33.所述buck2路由两个开关管q
c1
、q
c2
，电感l
buck2
及输出电容c
out2
构成；
34.所述buck3路的结构与buck2路的结构相同。
35.如图2所示，为适用于本发明的一种直流适配器的自适应控制方法整体流程图。该自适应控制方法主要应用于后级buck变换器，以实现直流适配器0-50v宽电压范围内自适应调节的效果。其主要包括三个部分：空载输出低压调节、低压响应负载类型判断和负载自适应适配调节。该流程具体包括以下步骤：
36.步骤1、首先，空载输出低压调节，该步骤主要应对空载状态下buck变换器输出电压等于输入电压的工况下，突然接入负载，会造成负载过压损坏的问题；
37.步骤2、判断空载输出电压是否为2v？
38.如否，则返回步骤1；
39.如是，则执行步骤3；
40.步骤3、判断当前是否负载接入？
41.步骤4、进行低压响应负载类型判断，该步骤用于区分负载自适应适配调节的为感性类负载自适应适配调节或者阻性类负载自适应适配调节；
42.步骤5、判断空载输出电流是否大于0(i
out
》0？)？
43.如满足i
out
》0，则进入步骤6，
44.步骤6、进行阻性类负载自适应适配调节；
45.如未满足i
out
》0，则进入步骤7，
46.步骤7、进行感性类负载自适应适配调节；
47.通过大量的负载测试、不同类型负载的运行特性分析，本发明将现有家用负载分为两类，分别为感性类负载和阻性类负载。
48.如图3所示，为感性类负载自适应适配调节流程图。该流程具体包括以下步骤：
49.变步长调节输出电压增长，实时采集并监测变换器输出电流值，当检测到输出电流出现较大脉冲时，即i
out
大于0时，实时采样并监测buck变换器输出电流值并进行数据处理即计算电流变化率，电流变化率为0或者波动较小时，认为负载已经进入了正常工作状态，此时记录相应的输出电压值和占空比，进而进行闭环稳压环节，判断是否进行工作状态切换，如是，则分别进行模态切换，返回闭环稳压环节；进行负载切换，返回空载输出低压调节；和负载过流，实现过流保护；从而维持负载正常工作状态。
50.如图4所示，为阻性类负载自适应适配调节流程图。该流程具体包括以下步骤：
51.变步长调节输出电压增长，实时采集并监测buck变换器输出电流电压数据；当输出电压达到u
out
＝9v或者运行电流i
out
》2a：
52.如果满足条件，则判定此负载为12v类负载，此后继续进行升压操作，定步长调节输出电压增长，当输出电流达到3.2a(i
out
＝3.2a)时，停止升压操作，记录相应的占空比，进行闭环稳压环节，如果不满足条件，则认为此负载为24v类负载，继续升压，当输出电流达2.5a(i
out
＝2.5a)时，停止升压，记录相应占空比，进入闭环稳压环节；
53.进而判断工作状态是否转换(即电流电压发生变化)？如是，则分别进行模态切换，返回闭环稳压环节；进行负载切换，返回空载输出低压调节；和负载过流，实现过流保护；从而维持负载正常工作状态。
54.对于感性类负载自适应适配调节和阻性类负载自适应适配调节的过程而言，当系统进行正常稳压工况后，若系统工作状态发生变化时，则判断负载工况的变化类型。负载工况的变化类型可大致分为三种：模态切换、负载切换和负载过流。随后根据负载工况的变化情况分别采取相应的应对处理措施。
55.以上所述仅为本技术的实施例而已,并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说,本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。