一种多功能隔离型DC/DC变换器及其控制方法与流程

一种多功能隔离型dc/dc变换器及其控制方法
技术领域
1.本发明涉及dc/dc变换器技术领域，具体涉及一种多功能隔离型dc/dc变换器及其控制方法。


背景技术：

2.随着直流型电源、直流型负荷和直流供电系统的逐步推广，隔离型dc/dc变换器得到了大量的应用。直流供电系统里不同电压等级之间能量的交互通过隔离型dc/dc变换器实现，新能源汽车充电桩中充电模块部分通过隔离型dc/dc变换器实现，低压储能系统的对外输出接口通过隔离型dc/dc变换器实现，可以说只要是有直流应用的场景就会伴随有隔离型dc/dc变换器的使用。由于直流应用场景中隔离型dc/dc变换器的使用广泛导致不同应用场景中隔离型dc/dc变换器的需求和实现的功能各不相同。目前在直流应用场景中，针对不同的应用需求，开发对应的隔离型dc/dc变换器是主要的思路和做法，导致隔离型dc/dc变换器的品类多、通用性差，不能快速应用和推广。
3.在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下技术问题：
4.关于满足具体应用场景的隔离型dc/dc变换器，该变换器能够满足直流供电系统中不同电压等级之间的功率交换，但是针对具体应用场景定制化开发的对应隔离型dc/dc变换器必然造成单机成本高、适配性差等缺点；尤其是直流系统中多种应用场景所需要的隔离型dc/dc变换器互不通用，在一定程度上影响直流系统的进程及标准化工作。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提出一种多功能隔离型dc/dc变换器及其控制方法，以解决传统针对具体应用场景定制化开发的对应隔离型dc/dc变换器必然造成单机成本高、适配性差的技术问题。
6.为实现上述目的，本发明提出一种多功能隔离型dc/dc变换器，包括主电路、控制系统和控制电源；
7.所述主电路包括第一电容器、第二电容器、第三电容器、高频变压器、第一开关组件s1、第二开关组件s2、第三开关组件s3、第四开关组件s4、第五开关组件s5、第六开关组件s6、第七开关组件s7以及第八开关组件s8；所述第一电容器为dc/dc变压器的低压侧，所述第三电容器为dc/dc变压器的高压侧；
8.其中，所述第一开关组件s1的第一端同时连接所述第一电容器的第一端和所述第三开关组件s3的第一端，所述第一开关组件s1的第二端同时连接所述第二开关组件s2的第一端和所述第二电容器的第一端；所述第二开关组件s2的第二端同时连接所述第一电容器的第二端和所述第四开关组件s4的第二端；所述第三开关组件s3的第二端连接所述第四开关组件s4的第一端；所述第五开关组件s5的第一端同时连接所述第三电容器的第一端和第七开关组件s7的第一端，所述第五开关组件s5的第二端连接所述第六开关组件s6的第一端；所述第六开关组件s6的第二端同时连接所述第八开关组件s8的第二端以及所述第三电
容器的第二端；所述第七开关组件s7的第二端连接所述第八开关组件s8的第一端；所述高频变压器的一次绕组的第一端连接所述第二电容器的第二端，所述高频变压器的一次绕组的第二端连接所述第三开关组件s3的第二端，所述高频变压器的二次绕组的第一端连接所述第五开关组件s5的第二端，所述高频变压器的二次绕组的第二端连接所述第七开关组件s7的第二端；
9.所述控制系统包括第一控制模块、第二控制模块、第三控制模块、第四控制模块，所述第四控制模块通过选择开关switch与所述第一控制模块、第二控制模块、第三控制模块连接，所述第一控制模块、第二控制模块、第三控制模块分别具有不同的控制模式；所述选择开关switch用于切换开关状态，以使得所述第一控制模块与所述第四控制模块连接实现第一种控制模式，或使得所述第二控制模块与所述第四控制模块连接实现第二种控制模式，或使得所述第三控制模块与所述第四控制模块连接实现第三种控制模式，所述第四控制模块输出相应的占空比，以控制所述第一开关组件s1、第二开关组件s2、第三开关组件s3、第四开关组件s4、第五开关组件s5、第六开关组件s6、第七开关组件s7以及第八开关组件s8的工作；
10.所述控制电源包括第一dc/dc模块、第二dc/dc模块、第一二极管和第二二极管，所述第一dc/dc模块的输入端用于输入低压侧电压v
l
，所述第一dc/dc模块的输出端与所述第一二极管的阳极连接，所述第一二极管的阴极连接所述第二二极管的阴极，所述第二二极管的阳极连接所述第二dc/dc模块的输出端，所述第二dc/dc模块的输入端用于输入低压侧电压vh；所述第一二极管的阴极与所述第二二极管的阴极与所述控制系统连接。
11.优选地，所述第一种控制模式为高压侧电压闭环+低压侧电流闭环双闭环的控制模式。
12.优选地，所述第二种控制模式为高压侧电压闭环+低压侧电流闭环双闭环的控制模式。
13.优选地，所述第三种控制模式为低压侧电流闭环的控制模式。
14.优选地，所述第一开关组件s1、第二开关组件s2、第三开关组件s3、第四开关组件s4、第五开关组件s5、第六开关组件s6、第七开关组件s7以及第八开关组件s8结构相同，均为一个三极管并联一个二极管。
15.本发明还提出一种多功能隔离型dc/dc变换器的控制方法，包括以下步骤：
16.当所述选择开关switch处于第一状态时，隔离型dc/dc变换器运行于稳定高压侧电压vh的模式；在该运行模式下，隔离型dc/dc变换器低压侧接线端v
l
上电，所述控制电源由v
l
经过所述第一dc/dc模块后产生24v并为所述控制系统供电；所述控制系统采用高压侧电压闭环+低压侧电流闭环双闭环的控制模式，计算得到占空比并控制主电路中开关器件s1～s8的工作。
17.优选地，还包括以下步骤：
18.当所述选择开关switch处于第二状态时，隔离型dc/dc变换器运行于稳定低压侧电压v
l
的模式；在该运行模式下，隔离型dc/dc变换器高压侧接线端vh上电，所述控制电源由vh经过所述第二dc/dc模块后产生24v并为所述控制系统供电；所述控制系统采用低压侧电压闭环+低压侧电流闭环双闭环的控制模式，计算得到占空比并控制主电路中开关器件s1～s8的工作。
19.优选地，还包括以下步骤：
20.当所述选择开关switch处于第三状态时，隔离型dc/dc变换器运行于控制高低压侧功率流动的模式；在该运行模式下，隔离型dc/dc变换器低压侧接线端v
l
上电，高压侧接线端vh上电，所述控制电源由v
l
经过所述第一dc/dc模块后产生24v、vh经过所述第二dc/dc模块后产生24v，两路24v电压为所述控制系统供电；所述控制系统采用低压侧电流闭环的控制模式，计算得到占空比并控制主电路中开关器件s1～s8的工作。
21.本发明至少具有以下有益效果：
22.本发明利用同一个隔离型dc/dc变换器，即可实现稳定高压侧母线电压、稳定低压侧母线电压和控制功率流动三种功能。对隔离型dc/dc变换器不同应用场景有很强的适配性，更容易在直流供电系统中做到隔离型dc/dc变换器标准化、通用化。
23.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述。
附图说明
24.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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本发明实施例中一种多功能隔离型dc/dc变换器的电路图。
26.图2为本发明实施例中控制系统的电路图。
具体实施方式
27.以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的手段未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
28.参阅图1-2，本发明一实施例提出一种多功能隔离型dc/dc变换器，包括主电路、控制系统和控制电源；
29.所述主电路包括第一电容器、第二电容器、第三电容器、高频变压器、第一开关组件s1、第二开关组件s2、第三开关组件s3、第四开关组件s4、第五开关组件s5、第六开关组件s6、第七开关组件s7以及第八开关组件s8；所述第一电容器为dc/dc变压器的低压侧，所述第三电容器为dc/dc变压器的高压侧；图1中，n1为高频变压器二次绕组匝数，n2为高频变压器一次绕组匝数；
30.其中，所述第一开关组件s1的第一端同时连接所述第一电容器的第一端和所述第三开关组件s3的第一端，所述第一开关组件s1的第二端同时连接所述第二开关组件s2的第一端和所述第二电容器的第一端；所述第二开关组件s2的第二端同时连接所述第一电容器的第二端和所述第四开关组件s4的第二端；所述第三开关组件s3的第二端连接所述第四开关组件s4的第一端；所述第五开关组件s5的第一端同时连接所述第三电容器的第一端和第七开关组件s7的第一端，所述第五开关组件s5的第二端连接所述第六开关组件s6的第一端；所述第六开关组件s6的第二端同时连接所述第八开关组件s8的第二端以及所述第三电
容器的第二端；所述第七开关组件s7的第二端连接所述第八开关组件s8的第一端；所述高频变压器的一次绕组的第一端连接所述第二电容器的第二端，所述高频变压器的一次绕组的第二端连接所述第三开关组件s3的第二端，所述高频变压器的二次绕组的第一端连接所述第五开关组件s5的第二端，所述高频变压器的二次绕组的第二端连接所述第七开关组件s7的第二端；
31.所述控制系统包括第一控制模块、第二控制模块、第三控制模块、第四控制模块，所述第四控制模块通过选择开关switch与所述第一控制模块、第二控制模块、第三控制模块连接，所述第一控制模块、第二控制模块、第三控制模块分别具有不同的控制模式；所述选择开关switch用于切换开关状态，以使得所述第一控制模块与所述第四控制模块连接实现第一种控制模式，或使得所述第二控制模块与所述第四控制模块连接实现第二种控制模式，或使得所述第三控制模块与所述第四控制模块连接实现第三种控制模式，所述第四控制模块输出相应的占空比，以控制所述第一开关组件s1、第二开关组件s2、第三开关组件s3、第四开关组件s4、第五开关组件s5、第六开关组件s6、第七开关组件s7以及第八开关组件s8的工作；
32.所述控制电源包括第一dc/dc模块、第二dc/dc模块、第一二极管和第二二极管，所述第一dc/dc模块的输入端用于输入低压侧电压v
l
，所述第一dc/dc模块的输出端与所述第一二极管的阳极连接，所述第一二极管的阴极连接所述第二二极管的阴极，所述第二二极管的阳极连接所述第二dc/dc模块的输出端，所述第二dc/dc模块的输入端用于输入低压侧电压vh；所述第一二极管的阴极与所述第二二极管的阴极与所述控制系统连接。
33.进一步地，所述第一种控制模式为高压侧电压闭环+低压侧电流闭环双闭环的控制模式。
34.进一步地，所述第二种控制模式为高压侧电压闭环+低压侧电流闭环双闭环的控制模式。
35.进一步地，所述第三种控制模式为低压侧电流闭环的控制模式。
36.进一步地，所述第一开关组件s1、第二开关组件s2、第三开关组件s3、第四开关组件s4、第五开关组件s5、第六开关组件s6、第七开关组件s7以及第八开关组件s8结构相同，均为一个三极管并联一个二极管。
37.具体而言，实现多种功能的dc/dc变换器控制电源采用双侧取电的形式，如框图中控制电源部分所示，控制电源供电来源于高压侧接线端vh和低压侧接线端v
l
，vh经过隔离型dc/dc电源模块后产生24v，v
l
经过隔离型dc/dc电源模块后产生24v，两路24v电源经过二极管后互联在一起给控制系统供电，双侧取电保证了隔离型dc/dc变换器只要某一侧上电后控制电源部分即可工作并为控制系统供电，这是隔离型dc/dc变换器实现多种功能的前提。
38.需说明的是，在本发明实施例中，隔离型dc/dc变换器控制电源具备双侧取电的能力，且隔离型dc/dc变换器双侧电压(高压侧电压vh和低压侧电压v
l
)均通过隔离dc/dc模块产生24v供电电压再通过二极管并联在一起为控制系统供电，在双侧供电的前提下保证控制电源24v、高压侧电压vh和低压侧电压v
l
的相互隔离；隔离型dc/dc变换器控制系统内部内置有稳定高压侧电压vh、稳定低压侧电压v
l
、控制高低压侧功率流动三种模式，并可通过模式选择开关switch来实现对不同模式的设定和模式切换。
39.基于上述实施例的多功能隔离型dc/dc变换器，本发明另一实施例还提出一种多
功能隔离型dc/dc变换器的控制方法，包括以下步骤：
40.当所述选择开关switch处于第一状态，即图1中switch＝1时，隔离型dc/dc变换器运行于稳定高压侧电压vh的模式；在该运行模式下，隔离型dc/dc变换器低压侧接线端v
l
上电，所述控制电源由v
l
经过所述第一dc/dc模块后产生24v并为所述控制系统供电；所述控制系统采用高压侧电压闭环+低压侧电流闭环双闭环的控制模式，计算得到占空比并控制主电路中开关器件s1～s8的工作；
41.具体而言，高压侧电压闭环+低压侧电流闭环双闭环的控制模式的原理已在图1中示出，其中，v
h-ref
为拟计划稳定控制的高压侧电压指令，i
l-ref
为高压侧电压闭环的输出，即为低压侧电流闭环的输入指令。
42.当所述选择开关switch处于第二状态，即图1中switch＝2时，隔离型dc/dc变换器运行于稳定低压侧电压v
l
的模式；在该运行模式下，隔离型dc/dc变换器高压侧接线端vh上电，所述控制电源由vh经过所述第二dc/dc模块后产生24v并为所述控制系统供电；所述控制系统采用低压侧电压闭环+低压侧电流闭环双闭环的控制模式，计算得到占空比并控制主电路中开关器件s1～s8的工作；
43.具体而言，低压侧电压闭环+低压侧电流闭环双闭环的控制模式的原理已在图1中示出，其中，v
l-ref
为拟计划稳定控制的低压侧电压指令，i
l-ref
为低压侧电压闭环的输出(即为低压侧电流闭环的输入指令)。
44.当所述选择开关switch处于第三状态，即图1中switch＝3时，隔离型dc/dc变换器运行于控制高低压侧功率流动的模式；在该运行模式下，隔离型dc/dc变换器低压侧接线端v
l
上电，高压侧接线端vh上电，所述控制电源由v
l
经过所述第一dc/dc模块后产生24v、vh经过所述第二dc/dc模块后产生24v，两路24v电压为所述控制系统供电；所述控制系统采用低压侧电流闭环的控制模式，计算得到占空比并控制主电路中开关器件s1～s8的工作；
45.具体而言，低压侧电流闭环的控制模式的原理已在图1中示出，其中，p
ref
为拟计划控制的高低压侧功率流动指令，并计算得到为低压侧电流闭环的输入指令i
l-ref
。
46.以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。