一种用于微网的双向DC/DC变换器及偏磁数字抑制方法

摘要

本发明公开了一种用于微网的双向DC/DC变换器及偏磁数字抑制方法，对用于微网的移相式全桥双向DC/DC拓扑的工作模式进行了详细的分析，给出传输功率的推导过程，介绍了能量双向流动的可能性，阐述数字控制本身对偏磁抑制的原理，提出了一种能够对偏磁有效抑制的数字补偿方法，给出了DSP中的移相方法，该方法有效解决了效率降低和占空比减小等问题，同时不会增加额外的硬件，其中变换器数字PWM控制算法电流环和电压环均采用PI调节器进行调节，直流电流的采样为消除尖峰电流等带来的影响，通过二阶模拟低通滤波器滤波。

主权项

一种用于微网的双向DC/DC变换器及偏磁数字抑制方法，其特征在于：采用全桥移相式双向DC/DC拓扑结构，并使用数字积分器补偿方法对偏磁进行抑制；在全桥移相式双向DC/DC拓扑结构中，为实现电压变换及电气隔离，将高频变压器接入到两个全桥变换单元之间，并将电感L与电阻R串联在高频变压器与和一次侧桥臂之间，在高频变压器一次侧直流输入端接蓄电池，在高频变压器二次侧直流输出端接直流微电网母线，其中电感L为串联电感及高频变压器漏感之和，具体结构为：高频变压器原边侧的全桥变换单元：包括依次串联的功率管S₁、功率管S₂、功率管S₃和功率管S₄；记功率管S₄和功率管S₁之间的连接点为A，功率管S₂和功率管S₃之间的连接点为B，A依次连接电阻R、电感L、高频变压器原边和B，高频变压器的原边电压为V_P；记功率管S₁和功率管S₂之间的连接点为A’，功率管S₃和功率管S₄之间的连接点为B’，蓄电池连接在A’和B’之间，输入电压为V_in；高频变压器副边侧的全桥变换单元：包括依次串联的功率管S₅、功率管S₆、功率管S₇和功率管S₈；记功率管S₆和功率管S₇之间的连接点为C，功率管S₈和功率管S₅之间的连接点为D，高频变压器副边连接在C和D之间，高频变压器的副边电压为V_P；记功率管S₇和功率管S₈之间的连接点为C’，功率管S₅和功率管S₆之间的连接点为D’，直流微电网母线连接在C’和D’之间，输出电压为V_out；采用移相PWM方法对高频变压器原边侧的功率管和高频变压器副边侧的功率管进行控制，具体为：针对高频变压器原边侧采用电流直流控制，针对高频变压器副边侧采用输出电压控制；电流直流控制：检测高频变压器原边侧直流电流，首先经过二阶模拟低通滤波器LF滤波，再经过模拟放大后输入到AD转换器，经PI调解得到原边占空比d；输出电压控制：采用电压外环和电流内环的双闭环模式，电压外环的输出作为电流内环的输入，电流内环的输出为误差e(k)，基于e(k)得到移相角度通过调节移相角度控制输出电压为V_out；由于电流内环响应较慢，电压外环响应较快，因此存在数字精度误差的累积，给高频变压器引入偏磁量，通过数字积分器补偿算法对偏磁量进行补偿，具体为：数字积分器的输入X(n)为积分常数K₁与误差输入e(k)的乘积值累积值，将X(n)分成X_H(n)和X_L(n)两部分，X_H(n)为X(n)的高位部分，X_L(n)为X(n)的低位部分，即：X_H(n)＝T[X(n)]X_L(n)＝X(n)‑X_H(n)·2^m其中m为控制器所采用的寄存器的位数，X(n)为2m位，X_H(n)为高m位，X_L(n)为低m位，T为将2m位截取至m位的截取函数；数字积分器的输出Y(n)也由2部分组成，其中Y_H(n)为高位，Y_L(n)为低位，在乘积输出Y_H(n)进行累积的同时将Y_L(n)进行累积，即：Y_H(n)＝X_H(n)+Y_H(n‑1)Y_L(n)＝X_L(n)+Y_L(n‑1)经过X_L(n)低位累积并进行补偿后，输出Y(n)表示为：Y(n)＝Y_H(n)+C[Y_L(n)]其中C为累计补偿，数字积分器采用正反馈方式，实现对小于输出Y(n)最低有效位的丢失数据补偿。