[发明专利]双向直流变换器拓扑结构及其控制方法

权利要求书

1.一种双向直流变换器拓扑结构，其特征在于，包括：

N个功率模块，N个所述功率模块的输入端串联输出端串联、输入端串联输出端并联、输入端并联输出端串联或者输入端并联输出端并联，所述功率模块包括谐振网络和依次连接的输入端、第一桥式变换器、高频变压器、第二桥式变换器和输出端；所述谐振网络设置在所述第一桥式变换器和所述高频变压器之间、设置在所述高频变压器和所述第二桥式变换器之间或者在所述高频变压器的前后侧均有设置；

控制电路，分别连接N个所述功率模块，用于输出驱动信号控制N个所述功率模块，每个所述功率模块的驱动信号的开关周期和占空比一致，各个所述功率模块的驱动信号的触发时间相差N分之一的开关周期。

2.根据权利要求1所述的一种双向直流变换器拓扑结构，其特征在于，所述控制电路包括采样调理模块、锁相模块、闭环控制模块、驱动模块和保护模块，所述采样调理模块用于测量所述输入端、所述输出端和所述谐振网络的电流，所述锁相模块用于调整驱动信号的开关周期，所述闭环控制模块用于输出控制信号给所述驱动模块，所述保护模块用于输出保护信号给所述驱动模块，所述驱动模块用于根据开关周期、控制信号和保护信号生成驱动信号，所述的采样调理模块分别连接所述锁相模块、所述闭环控制模块和所述保护模块，所述锁相模块、所述闭环控制模块和所述保护模块分别连接所述驱动模块。

3.根据权利要求1所述的一种双向直流变换器拓扑结构，其特征在于，所述谐振网络由谐振电容和谐振电感串联组成或者由谐振电容组成。

4.根据权利要求2所述的一种双向直流变换器拓扑结构，其特征在于，所述第一桥式变换器为单相全桥电路，包括作为上桥臂的第一开关管、第三开关管和作为下桥臂的第二开关管、第四开关管；所述第二桥式变换器为单相半桥电路，包括作为上桥臂的第五开关管和作为下桥臂的第六开关管。

5.根据权利要求4所述的一种双向直流变换器拓扑结构，其特征在于，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管为Mosfet、Sic、GaN或者IGBT全控型器件。

6.一种应用于权利要求4所述的双向直流变换器拓扑结构的控制方法，其特征在于，包括以下控制操作：

所述采样调理模块执行：v_o

对所述谐振网络的初始电流值i_sr进行滤波，得到谐振滤波电流值i_r；

对所述输出端的初始电流值i_so进行滤波，得到输出滤波电流值i_o；

对所述输入端的初始电流值i_si进行滤波，得到输入滤波电流值i_i；

将所述输出滤波电流值i_o送至所述闭环控制模块，将所述谐振滤波电流值i_r送至所述锁相模块，将所述谐振滤波电流值i_r、输出滤波电流值i_o和输入滤波电流值i_i送至所述保护模块；

所述锁相模块执行：

当所述第一开关管的驱动信号由低变成高时，检测所述谐振滤波电流值i_r的大小：若i_r≤0，则增加开关周期；若i_r＞i_rmin，则减少开关周期；若0<i_r<i_rmin，则保持开关周期不变；

将开关周期T_s送入所述驱动模块；

当电能从所述输入端向所述输出端流动时，所述闭环控制模块执行：

计算输出电压误差其中为对应所述输出滤波电流值i_o的输出电流设定值；

计算调制电压u_f＝1+K_pe_i+K_i(∫e_idt+C)，其中K_p和K_i分别为输出电流比例系数和输出电流几份系数，t为时间，C为积分常数，其值为上一次计算时的积分值，第一次计算时C＝0；

限制所述调制电压u_f的输出值：若u_f≤0，则u_f＝0；若u_f≥1，则u_f＝1；

生成控制信号D：将所述调制电压u_f与周期为10倍所述开关周期T_s、幅值为1的锯齿波信号相比较，当所述调制电压u_f大于所述锯齿波信号瞬时值时，控制信号D为高，当所述调制电压u_f小于所述锯齿波信号瞬时值时，控制信号D为低；

将所述控制信号D送至所述驱动模块；

当电能从所述输入端向所述输出端流动时，所述驱动模块执行：

产生幅值为定值的直流电平信号u_rdc；

生成驱动信号：

当所述控制信号D为高，所述保护信号P为低时，将所述直流电平信号u_rdc与周期为开关周期T_s、幅值为1的锯齿波信号相比较，若直流电平信号u_rdc较大，输出第一开关管和第四开关管的驱动信号；若直流电平信号u_rdc较小，输出第二开关管和第三开关管的驱动信号；

当所述控制信号D为低时，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管的驱动信号均为低；

当所述保护信号P为高时，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管的驱动信号均为低；

将所述第一开关管的驱动信号送至所述锁相模块；

将所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管的驱动信号送至第一个所述功率模块的第一桥式变换器；将所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管的驱动信号延时T_s(k-1)/N，送至第k个所述功率模块的第一桥式变换器，其中2≤k≤N；

当电能从所述输出端向所述输入端流动时，所述闭环控制模块执行：

计算输出电压误差其中为对应所述输入滤波电流值i_i的输入电流设定值；

计算调制电压u_f＝1+K_pe_i+K_i(∫e_idt+C)，其中K_p和K_i分别为输出电流比例系数和输出电流几份系数，t为时间，C为积分常数，其值为上一次计算时的积分值，第一次计算时C＝0；

限制所述调制电压u_f的输出值：若u_f≤0，则u_f＝0；若u_f≥1，则u_f＝1；

生成控制信号D：将所述调制电压u_f与周期为10倍所述开关周期T_s、幅值为1的锯齿波信号相比较，当所述调制电压u_f大于所述锯齿波信号瞬时值时，控制信号D为高，当所述调制电压u_f小于所述锯齿波信号瞬时值时，控制信号D为低；

当电能从所述输出端向所述输入端流动时，所述驱动模块执行：

产生幅值为定值的直流电平信号u_rdc；

生成驱动信号：

当所述控制信号D为高，所述保护信号P为低时，将所述直流电平信号u_rdc与周期为开关周期T_s、幅值为1的锯齿波信号相比较，若直流电平信号u_rdc较大，输出第五开关管的驱动信号；若直流电平信号u_rdc较小，输出第六开关管的驱动信号；

当所述控制信号D为低时，所述第五开关管和第六开关管的驱动信号均为低；

当所述保护信号P为高时，所述第五开关管和第六开关管的驱动信号均为低；

将所述第五开关管的驱动信号送至所述锁相模块；

将所述第五开关管和第六开关管的驱动信号送至第一个所述功率模块的第一桥式变换器；将所述第五开关管和第六开关管的驱动信号延时T_s(k-1)/N，送至第k个所述功率模块的第一桥式变换器，其中2≤k≤N；

所述保护模块执行：

检测所述谐振滤波电流值i_r的大小：若i_r＞i_rmax，则输出的保护信号P为低；

检测所述输出滤波电流值i_o的大小：若i_o＞i_omax，则输出的保护信号P为低；

若i_r<i_rmax且i_o<i_omax，则输出的保护信号为P。