一种多端口拓扑增益抑制的控制方法及车载充电机与流程

本发明涉及电动汽车电力电子，特别是一种多端口拓扑增益的控制方法及车载充电机。

背景技术：

1、以煤炭、石油为代表的化学能源推动了社会发展了近百年，同时带来了环境的恶化和污染，在不断探索后，以风、光、水等为代表的新能源成为了可持续发展的重要替代能源，这也极大地进一步推动了电力电子行业的发展。其中多端口电力电子功率变换装置(后称多端口dc/dc)可用于多能量系统中连接不同的电源和储能装置，已成为近年来功率变换器研究的热点。

2、在电动汽车中，一般将obc以及dcdc集成设计，形成了以ac端口、高压电池以及低压电池为输入输出口的多端口电力电子功率变换装置，通过控制装置开关器件的工作模式，实现了能量在不同端口的流动。然而，在某些多端口变换器工作在双端口模式时，原来的耦合关系仍然存在，会在空闲端口耦合出能量，且耦合的能量没有负载消耗，会导致端口电压积累过高损坏器件，有极大的安全风险。而如果将耦合能量通过热的形式消耗以降低电压，则会造成变换器整体损耗增加，降低整体转换效率。

3、因此，如何设计一种能够实现多端口拓扑工作在双端口模式下，抑制空闲端口增益的控制方法，是业界亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中，多端口拓扑工作在双端口模式时，空闲端口会耦合出能量，从而造成整体损耗增加，降低整体转换效率的问题，本发明提出了一种多端口拓扑增益的控制方法及车载充电机。

2、本发明的技术方案为，提出了一种多端口拓扑增益抑制的控制方法，其中，所述多端口拓扑包括与pfc电容连接的第一端口电路、与高压电池连接的第二端口电路、以及与低压电池连接的第三端口电路，所述控制方法包括：

3、在所述第二端口电路为所述第三端口电路供电，且所述第一端口电路处于空闲状态时，调节所述第二端口电路中各开关管的开关周期和占空比，使所述第一端口电路中谐振支路的电压和电流的相位处于连续状态，以抑制所述第一端口电路中向所述pfc电容侧传输的电流。

4、进一步，在所述第一端口电路中还包括一谐振电路，调节所述第二端口电路中各开关管的开关周期和占空比，其满足：

5、

6、其中，所述t0为所述第一端口电路中谐振支路的振荡周期，所述谐振支路包括所述谐振电路中的电感和电容、以及所述第一端口电路中各开关管上的寄生电容和寄生电感，ts为所述第二端口电路中各开关管的开关周期，d为所述第二端口电路中各开关管的占空比，a为比例系数，且为正整数。

7、进一步，所述比例系数的取值范围为：

8、其中，所述t0为所述第一端口电路中谐振支路的振荡周期，ts为所述第二端口电路中各开关管的开关周期。

9、进一步，所述第一端口电路与所述第二端口电路均为全桥电路，所述第三端口电路为全桥电路、全波整流电路、倍流整流电路中的任意一种。

10、进一步，所述第一端口电路、所述第二端口电路、以及所述第三端口电路通过变压器耦合连接，且所述第一端口电路连接于所述变压器的原边绕组，所述第二端口电路连接于所述变压器的第一副边绕组，所述第三端口电路连接于所述变压器的第二副边绕组。

11、进一步，所述第一端口电路包括：开关管q1、开关管q2、开关管q3、开关管q4、电感l1、电容c1、电容c2；

12、所述开关管q1、所述开关管q2、所述开关管q3、所述开关管q4组成全桥电路，且所述开关管q1与所述开关管q2组成第一桥臂，所述开关管q3与所述开关管q4组成第二桥臂，所述电感l1与所述电容c2组成谐振电路，且所述电感l1的一端连接到所述第二桥臂的中点，所述电感l1的另一端连接到所述原边绕组的第一端，所述电容c2的一端连接到所述第一桥臂的中点，所述电容c2的另一端连接到所述原边绕组的第二端，所述电容c1作为所述第一端口电路的母线电容，且所述电容c1的一端分别连接到所述开关管q1和所述开关管q3，所述电容c1的另一端分别连接到所述开关管q2与所述开关管q4。

13、进一步，所述第一端口电路中所有的开关管均采用有源开关管，且所有开关管均具有大小相同的寄生电容cp，所述谐振支路的等效谐振频率为：

14、

15、所述谐振支路的振荡周期与所述等效谐振频率满足：

16、其中，所述t0为所述第一端口电路中谐振支路的振荡周期，所述ω0为所述第一端口电路中谐振支路的谐振频率，cp为所述第一端口电路中开关管上寄生电容cp的容值，l为所述电感l1与沿路等效电感的感量和。

17、进一步，所述第二端口电路包括：开关管q5、开关管q6、开关管q7、开关管q8、电容c3、电容c4；

18、所述开关管q5、所述开关管q6、所述开关管q7、所述开关管q8组成全桥电路，且所述开关管q5与所述开关管q6组成第三桥臂，所述开关管q7与所述开关管q8组成第四桥臂，所述第一副边绕组的第一段连接到所述第三桥臂的中点，所述第一副边绕组的第二端串联所述电容c3后连接到所述第四桥臂的中点，所述电容c4作为所述第二端口电路的母线电容，且所述电容c4一端分别连接到所述开关管q5与所述开关管q7，所述电容c4的另一端分别连接到所述开关管q6与所述开关管q8。

19、进一步，所述第二副边绕组为具有中心抽头端的绕组，所述第三端口电路包括：开关管q9、开关管q10、开关管q11、开关管q12、电感l2、电容c5；

20、所述电容c5连接在所述第三端口电路的输出端，所述开关管q9、所述开关管q10组成全波整流电路，所述开关管q11、所述开关管q12组成降压电路，且所述开关管q11一端连接到所述第二副边绕组的中心抽头端，所述开关管q11的另一端串联所述电感l2后连接到所述电容c5的第一端，所述开关管q10一端连接到所述第二副边绕组的第一端，所述开关管q10的另一端连接到所述电容c5的第二端，所述开关管q9一端连接到所述第二副边绕组的第二端，所述开关管q9的另一端连接到所述电容c5的第二端，所述开关管q12一端连接到所述开关管q11与所述电感l2之间，所述开关管q12的另一端连接到所述电容c5的第二端。

21、本发明还提出了一种车载充电机，所述车载充电机采用上述控制方法。

22、与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

23、本发明能够通过调节第二端口电路中各开关管的开关周期和占空比，使第一端口电路中耦合产生的电流，不流经第一端口电路的母线电容，避免对母线电容的充电，进而抑制控制端口的增益提升。

技术特征：

1.一种多端口拓扑增益抑制的控制方法，所述多端口拓扑包括与pfc电容连接的第一端口电路、与高压电池连接的第二端口电路、以及与低压电池连接的第三端口电路，其特征在于，所述控制方法包括：

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述第一端口电路中还包括一谐振电路，调节所述第二端口电路中各开关管的开关周期和占空比，其满足：

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述比例系数的取值范围为：

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述第一端口电路与所述第二端口电路均为全桥电路，所述第三端口电路为全桥电路、全波整流电路、倍流整流电路中的任意一种。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述第一端口电路、所述第二端口电路、以及所述第三端口电路通过同一个变压器耦合连接，且所述第一端口电路连接于所述变压器的原边绕组，所述第二端口电路连接于所述变压器的第一副边绕组，所述第三端口电路连接于所述变压器的第二副边绕组。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述第一端口电路包括：开关管(q1)、开关管(q2)、开关管(q3)、开关管(q4)、电感(l1)、电容(c1)、电容(c2)；

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述第一端口电路中所有的开关管均采用有源开关管，且所有开关管均具有大小相同的寄生电容cp，所述谐振支路的等效谐振频率为：

8.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述第二端口电路包括：开关管(q5)、开关管(q6)、开关管(q7)、开关管(q8)、电容(c3)、电容(c4)；

9.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述第二副边绕组为具有中心抽头端的绕组，所述第三端口电路包括：开关管(q9)、开关管(q10)、开关管(q11)、开关管(q12)、电感(l2)、电容(c5)；

10.一种车载充电机，其特征在于，所述车载充电机采用如权利要求1至9任意一项权利要求所述的控制方法。

技术总结
本发明公开了一种多端口拓扑增益抑制的控制方法及车载充电机，所述控制方法包括：在所述第二端口电路为所述第三端口电路供电，且所述第一端口电路处于空闲状态时，调节所述第二端口电路中各开关管的开关周期和占空比，使所述第一端口电路中谐振支路的电压和电流的相位处于连续状态，以抑制所述第一端口电路中向所述PFC电容侧传输的电流。与现有技术相比，本发明能够在多端口拓扑工作时，抑制空闲端口的增益，避免整体的损耗增加。

技术研发人员：冯颖盈,刘骥,周小勇
受保护的技术使用者：深圳威迈斯新能源股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13