[发明专利]提高全桥隔离DC‑DC变换器输出电压动态响应的负载电流前馈控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及全桥隔离DC-DC变换器(包含多电平全桥隔离DC-DC变换器)的控制系统设计与制造领域。

背景技术

随着新能源变流技术的迅速发展，全桥隔离DC-DC变换器因其具有电气隔离、功率密度高、能量能双向流动以及模块级联容易等优点已实现了广泛的应用。在光伏发电、风能发电等分布式发电系统以及微网区域能量管理系统中，全桥隔离DC-DC变换器可以用于解决能量储存以及功率流平衡等问题。近年来，全桥隔离DC-DC变换器也成为了电动汽车能源变换系统中常用的变换器拓扑之一。

在全桥隔离DC-DC变换器应用中，相移控制成为了典型应用的控制方法，传统相移控制能完成功率的双向流动，且控制算法简单，特别是在变换器两端电压相等的情况下，传统相移控制方法能够产生较小的电流应力。众所周知，动态性能也是衡量一个变换器控制系统的重要指标，纵观已有资料，关于全桥隔离DC/DC变换器动态特性改良的方法还比较缺乏。基于单相移控制方法，有文献提出了电感电流边界控制方法，该种方法可以显著提高全桥隔离DC-DC变换器对负载切换的动态响应速度，但该控制方法运算过于复杂，且需要多达5个霍尔传感器，这增加了变换器系统的软件和硬件设计成本。

发明内容

鉴于现有技术的以上缺点，本发明以单相移控制方法为例，给出了一种提高全桥隔离DC-DC变换器输出电压动态性能的负载电流前馈控制方法。目的是提供一种在负载突变时具有快速动态响应的控制方法。该电流前馈控制方法能够显著提高变换器对负载突变时的动态响应性能，且只需要增加1个负载电流传感器。

本发明实现其发明目的是通过如下技术方案实现的。

一种提高全桥隔离DC-DC变换器输出电压动态响应的负载电流前馈控制方法，用于提高全桥隔离DC-DC变换器在负载突变时的动态响应速度，实现输出电压在负载电阻发生突变时维持恒定；包含如下步骤：

1)数据采集模块01采集输出电压实际值U_o以及输出电流i_o,并将输出电压实际值U_o与输出电压给定值U^*_o的误差通过外环电压PI模块02得到虚拟输出电压给定值U^*_p；

2)相移控制量计算模块03结合输出电压实际值U_o、输出电压给定值U^*_o、虚拟输出电压给定值U^*_p和输出电流i_o为输入量，经前馈控制模型，计算出相移控制方法的相移控制量D；

所述前馈控制模型在单相移控制时表达为：

3)调制模块04生成脉冲控制信号，步骤2)所得相移控制量生成对应的全桥隔离DC-DC变换器开关器件的脉冲控制信号；实现全桥隔离DC-DC变换器的控制。

本发明控制方法，通过建立相移控制量基于输出电压、虚拟输出电压给定值、输出电压给定值和输出电流的数学模型，实现电流前馈控制，求解出相移控制量，从而生成开关控制信号，完成全桥隔离DC-DC变换器的控制。单相移控制方法下，其前馈控制模型的建立过程如下：

全桥隔离DC-DC变换器输出功率P可表示为式(1)

其中：D为全桥隔离DC-DC变换器控制相移控制量，U_in为输入电压，U_o为输出电压实际值，L为等效电感值，T_s为开关周期，n为变压器变比。

考虑到特定的变换器系统电感值L、变压器变比n以及电流前馈控制方法中开关周期T_s基本稳定不变，且暂不考虑输入电压突变的情况，则全桥隔离DC/DC变换器的输出功率可以进一步表示为式

根据式(2)，则相移控制量D可表示为

在本发明中输出功率值p可表示为

其中，U^*_p为虚拟输出电压给定值，为PI控制器输出值；i^*_o为输出电流给定值，在负载恒定情况下，电流i^*_o可以表示为

其中，U^*_o为输出电压给定值，U_o为输出电压实际值，i_o为输出电流。

结合式(3)、(4)和(5)，相移控制量D可进一步表示为