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专利号: 2023100753908
申请人: 中山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-11-04
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种去中心化的并联DC‑DC变换器交错控制方法,其特征在于,并联的DC‑DC变换器的每一端均连接直流总线,所述方法包括:S1.在每一个DC‑DC变换器的每个开关周期中,以设定周期占比的采样间隔采样直流总线电压纹波信号;

S2.计算直流电压纹波信号中一、二、三次谐波的相位和幅值;

S3.对直流总线电压纹波信号进行反相处理,对应将S2中得到的各次谐波的相位进行反相;

S4.将反相后的各次谐波的幅值加权平均,将每一个DC‑DC变换器的PWM信号的相位与反相后的总线纹波各次谐波的相位作差,并求得相位作差后的加权误差值;

S5.以加权误差值为基础,进行PID控制,并调整PID控制的执行量,令DC‑DC变换器本地相位趋于总线电压纹波相位的反相;

S6.根据调整后的PID控制的执行量,以开关中心频率为标准,调整每一个DC‑DC变换器的开关频率,以实现交错控制相位调整。

2.根据权利要求1所述的去中心化的并联DC‑DC变换器交错控制方法,其特征在于,在步骤S1中,设采样间隔为F,开关周期为T,则满足:F=ρ*T

其中,ρ为采样间隔的周期占比;在采样间隔F下,每个周期取得1/ρ个采样点,设开关频率为fsw,则采样周期为:fsample=1/ρ×fsw

若开关周期发生变化,采样间隔均保持ρ的周期占比。

3.根据权利要求2所述的去中心化的并联DC‑DC变换器交错控制方法,其特征在于,在步骤S1以设定周期占比的采样间隔采样直流总线电压纹波信号前,采用低通滤波器去除DC‑DC变换器输出电压中的直流分量,滤除高频分量,低通滤波器的截止频率大于直流总线电压纹波的三次谐波对应的频率。

4.根据权利要求2所述的去中心化的并联DC‑DC变换器交错控制方法,其特征在于,在步骤S2中,对于直流电压纹波信号中的第n个采样点x(n),利用离散傅里叶变换,计算每一种谐波的相位和幅值,计算公式为:其中,N表示直流电压纹波信号中采样点的数目,X(n)表示傅里叶变换后的电压纹波信号,是复数,包括了第n次谐波的幅值和相位,n=0,1,...,N‑1;基于奈奎斯特定理,需要采集n次谐波时,N的取值至少为2×n,一、二、三次谐波至少需要6个采样点,即fsample>6fsw,利k用快速傅里叶变换改进离散傅里叶变换的计算过程,采样点数目为2 ,其中,k为任意正整数。

5.根据权利要求4所述的去中心化的并联DC‑DC变换器交错控制方法,其特征在于,在步骤S3中,对应将S2中得到的各次谐波的相位和幅值也进行反相时,第n次谐波反相的傅里叶变换的结果为:X′(n)=‑X(n)

记第i次谐波的相位记为φi,第i次谐波的幅值记为Ai,则:

φi=∠(X′(i)),Ai=|X′(i)|。

6.根据权利要求5所述的去中心化的并联DC‑DC变换器交错控制方法,其特征在于,记每一个DC‑DC变换器的PWM信号的第i次谐波相位为ψi,反相后的各次谐波的调制波相位为π‑φi,每一个DC‑DC变换器的PWM信号的相位与反相后的各次谐波的调制波相位作差后得到:Pi=(ψi‑(π‑φi))

设每一个DC‑DC变换器的PWM信号进行调制时,使用上下计数的方式生成三角载波,载波波形为等腰梯形;相位差值的加权误差值为:E=∑AiPi

其中,E为加权误差值。

7.根据权利要求6所述的去中心化的并联DC‑DC变换器交错控制方法,其特征在于,以加权误差值为基础,进行PID控制,输出的执行量为:其中,u′(t)为PID控制输出的控制量,然后根据DC‑DC变换器输出的电流对PID控制的输出进行缩放调整,DC‑DC变换器输出的电流与PID输出的执行量u′(t)成反比,最后调整后PID输出的控制量为:u(t)=KIIu′(t)

其中,I为电流,KI为可调参数。

8.根据权利要求7所述的去中心化的并联DC‑DC变换器交错控制方法,其特征在于,以开关中心频率为标准,调整每一个DC‑DC变换器的开关频率的过程为:需要相位前移时,增加开关频率,需要相位后移时,减少开关频率;变换器的开关频率为fsw=f0+Kfu(t),其中,f0为预设的中心频率,fsw表示开关频率。

9.根据权利要求1所述的去中心化的并联DC‑DC变换器交错控制方法,其特征在于,并联DC‑DC变换器间仅通过功率总线连接,彼此之间无通信连接,每一个DC‑DC变换器包括功率级电路、电压控制子模块和开关周期子模块,所述功率级电路包括直流电源、MOSFET管、电感Lf、二极管、电流测量单元、DC‑DC变换器正极输出口、DC‑DC变换器负极输出口及电压测量器,直流电源的正极连接MOSFET管的漏极,MOSFET管的栅极连接PWM驱动信号,MOSFET管的源极分别连接电感Lf的一端及二极管的负极,电感Lf的另一端连接电流测量单元的一端,电流测量单元的另一端连接DC‑DC变换器正极输出口,直流电源的负极分别连接二极管的正极和DC‑DC变换器负极输出口,DC‑DC变换器正极输出口与DC‑DC变换器负极输出口之间连接电压测量器。

10.根据权利要求9所述的去中心化的并联DC‑DC变换器交错控制方法,其特征在于,所述电压控制子模块包括差值比较器、PID控制器、饱和功能模块及占空比模块,差值比较器将DC‑DC变换器正极输出口与DC‑DC变换器负极输出口之间输出的电压与预设的目标电压作差,得到的差值输入PID控制器,PID控制器的输出端连接饱和功能模块的一端,饱和功能模块的另一端连接占空比模块;

所述开关周期子模块包括触发采样器、采样保持模块、快速傅里叶变换功能模块、功能选择模块、增益模块、求和模块、使能模块及PID功能模块;所述触发采样器连接电压测量器,触发采样器保存开关周期内的采样点,触发采样器输出端连接采样保持模块的一端,采样保持模块在每个开关周期对触发采样器的输出进行采样保持,采样保持模块的输出端连接快速傅里叶变换功能模块的输入端,快速傅里叶变换功能模块的输出端连接功能选择模块,选择一、二、三次谐波对应的元素,功能选择模块的输出端依次连接增益模块、求和模块,对一、二、三次谐波的幅值和相位进行加权平均,得到的加权平均结果经使能模块后输入使能模块,PID功能模块的输出值与开关中心频率相加,作为周期控制DC‑DC变换器的开关频率,在得到占空比、开关频率后,仿照DSP中上下计数载波调制的方法生成PWM驱动信号,PWM驱动信号连接功率级电路中的MOSFET管的栅极。