本發(fā)明涉及一種變換器電路，具體是一種雙向buck-boost變換器電路及其控制方法。

背景技術(shù)：

隨著電動汽車相關(guān)技術(shù)的飛速發(fā)展，與之相對應(yīng)的能量轉(zhuǎn)換與存儲技術(shù)也在不斷發(fā)展，其中，雙向變換器技術(shù)由于能最大限度提高能源的利用率，在動力電池分容柜、參數(shù)匹配等測試中得到廣泛的應(yīng)用。電動汽車是指以車載電源為動力，發(fā)展電動汽車必須解決好4個方面的關(guān)鍵技術(shù)：電池技術(shù)、電機驅(qū)動及其控制技術(shù)、電動汽車整車技術(shù)以及能量管理技術(shù)。其中，高效能量回收與存儲技術(shù)是其關(guān)鍵技術(shù)之一，雙向變換器更是其重中之重。

而現(xiàn)有雙向buck-boost變換器技術(shù)和產(chǎn)品系統(tǒng)電壓應(yīng)力大、功率管發(fā)熱損耗高、系統(tǒng)可靠性差的問題，因此，新型的雙向buck-boost變換器電路及其控制方法研發(fā)是電動汽車工業(yè)界非常迫切的課題。雙向直流變換器可以實現(xiàn)直流電壓轉(zhuǎn)換及能量的雙向流動,雙向buck-boost是雙向直流變換器中拓撲結(jié)構(gòu)最簡單的一種,它具有使用電力電子器件少、驅(qū)動簡單、能量轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種雙向buck-boost變換器電路及其控制方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種雙向buck-boost變換器電路，包括10個功率開關(guān)管qbo1～qbo5、qbu1～qbu5構(gòu)成的功率主電路，每個功率開關(guān)管均有內(nèi)置的功率二極管，相應(yīng)為dbo1～dbo5、dbu1～dbu5,整個功率電路包含一個功率電感l(wèi)b、4個電容cbt、co1～co3以及數(shù)字控制系統(tǒng)，數(shù)字控制系統(tǒng)包含pwm信號隔離放大模塊、同步堆疊控制算法模塊、mimo濾波模塊，數(shù)字控制系統(tǒng)的輸出控制信號sqbo1～sqbo5、sqbu1～sqbu5通過控制總線分別連接到qbo1～qbo5、qbu1～qbu5共10個功率開關(guān)管的控制端，電容cbt端電壓信號ucbt電連接到數(shù)字控制系統(tǒng)第一輸入端，電感l(wèi)b的電流信號ilb電連接到數(shù)字控制系統(tǒng)第二輸入端，電容co1～co3端電壓信號分別電連接到數(shù)字控制系統(tǒng)的第三輸入端，向數(shù)字控制系統(tǒng)分別輸入對應(yīng)的電壓信號uco1、uco2和uco3，高壓側(cè)電流idc電連接到數(shù)字控制系統(tǒng)第四輸入端，在數(shù)字控制系統(tǒng)內(nèi)部，電容cbt端電壓信號ucbt、電感l(wèi)b的電流信號ilb、電容co1～co3端電壓信號uco1、uco2和uco3、以及高壓側(cè)電流idc共6個信號電連接到mimo濾波模塊的輸入端，mimo濾波模塊處理后將濾波后的上述6個信號輸出連接到同步堆疊控制算法模塊的輸入端，同步堆疊控制算法模塊的輸出連接到pwm信號隔離放大模塊的輸入端，pwm信號隔離放大模塊的控制信號輸出連接到控制總線。

作為本發(fā)明再進一步的方案：所述的雙向buck-boost變換器電路的控制方法，包括如下步驟：步驟1：mimo濾波模塊將采集的6個信號數(shù)據(jù)進行濾波，濾波架構(gòu)為多輸入多輸出，即6路輸入6路輸出，其濾波過程如下:

首先將信號構(gòu)造成數(shù)字信號矩陣，設(shè)置數(shù)字信號的窗口寬度為n，令

ucbt＝x*1，ilb＝x*2，uco1＝x*3，uco2＝x*4，uco3＝x*5，idc＝x*6，其中“*”號表示數(shù)字信號的下標系數(shù)，得

然后計算6路信號中每路信號的均值，得

接著計算6路信號中每路信號的方差

再則計算6路信號中每兩路信號間的協(xié)方差，得到

采用sjk的值對數(shù)據(jù)序列進行異常值檢測與更新，設(shè)置一個閾值，更新后即可得到已濾波的6個信號數(shù)據(jù)輸出，實現(xiàn)mimo濾波；

步驟2：將步驟1所得到的已濾波的6個信號數(shù)據(jù)，送入同步堆疊控制算法模塊，同步堆疊控制算法內(nèi)，對所有功率開關(guān)管進行同步控制，產(chǎn)生同步堆疊控制邏輯，其方法是將整個控制過程分為正向同步堆疊過程和反向同步堆疊過程；

步驟3：按同步堆疊控制算法流程，將同步堆疊過程和反向同步堆疊過程依次執(zhí)行，即可得到一個控制周期，同步堆疊控制算法模塊所產(chǎn)生的控制信息，輸入到pwm信號隔離放大模塊進行功率放大后直接經(jīng)控制總線連接到各個功率開關(guān)管的控制端，實現(xiàn)整個電路的控制；

步驟4：重復(fù)執(zhí)行步驟1～步驟3。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明控制方法，由于采用同步堆疊控制技術(shù)和電路結(jié)構(gòu)，極大降低高壓端電容電壓應(yīng)力，提高電容的使用壽命；本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)和控制方法，不存在孤立工作的二極管，每個二極管均是mos管自帶的內(nèi)置二極管，實際作用只是對電路進行保護，主要的大電流回路不依賴二極管傳輸，消除二極管壓降所帶來的開關(guān)噪聲和功率損耗，提高系統(tǒng)能量回收效率；采用同步堆疊結(jié)構(gòu)，減小系統(tǒng)的電壓紋波，減小開關(guān)噪聲傳導(dǎo)干擾，有利于提高測量精度；所有功率開關(guān)器件電壓應(yīng)力遠小于高壓端電壓，系統(tǒng)具有更高的穩(wěn)定性和可靠性。

附圖說明

圖1為雙向buck-boost變換器電路的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明正向同步堆疊過程示意圖。

圖3為本發(fā)明反向同步堆疊過程示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

請參閱圖1，本發(fā)明實施例中，一種雙向buck-boost變換器電路，包括10個功率開關(guān)管qbo1～qbo5、qbu1～qbu5構(gòu)成的功率主電路，每個功率開關(guān)管均有內(nèi)置的功率二極管，相應(yīng)為dbo1～dbo5、dbu1～dbu5,整個功率電路包含一個功率電感l(wèi)b、4個電容cbt、co1～co3以及數(shù)字控制系統(tǒng)，數(shù)字控制系統(tǒng)包含pwm信號隔離放大模塊、同步堆疊控制算法模塊、mimo濾波模塊，數(shù)字控制系統(tǒng)的輸出控制信號sqbo1～sqbo5、sqbu1～sqbu5通過控制總線分別連接到qbo1～qbo5、qbu1～qbu5共10個功率開關(guān)管的控制端，電容cbt端電壓信號ucbt電連接到數(shù)字控制系統(tǒng)第一輸入端，電感l(wèi)b的電流信號ilb電連接到數(shù)字控制系統(tǒng)第二輸入端，電容co1～co3端電壓信號分別電連接到數(shù)字控制系統(tǒng)的第三輸入端，向數(shù)字控制系統(tǒng)分別輸入對應(yīng)的電壓信號uco1、uco2和uco3，高壓側(cè)電流idc電連接到數(shù)字控制系統(tǒng)第四輸入端，在數(shù)字控制系統(tǒng)內(nèi)部，電容cbt端電壓信號ucbt、電感l(wèi)b的電流信號ilb、電容co1～co3端電壓信號uco1、uco2和uco3、以及高壓側(cè)電流idc共6個信號電連接到mimo濾波模塊的輸入端，mimo濾波模塊處理后將濾波后的上述6個信號輸出連接到同步堆疊控制算法模塊的輸入端，同步堆疊控制算法模塊的輸出連接到pwm信號隔離放大模塊的輸入端，pwm信號隔離放大模塊的控制信號輸出連接到控制總線。

pwm信號隔離放大模塊優(yōu)選功率驅(qū)動專用的光耦合器件，同步堆疊控制算法模塊、mimo濾波模塊設(shè)置在嵌入式處理器內(nèi)部的程序中，嵌入式處理器可選用dsp處理器、fpga或者arm處理器。

所述的雙向buck-boost變換器電路的控制方法，包括如下步驟：步驟1：mimo濾波模塊將采集的6個信號數(shù)據(jù)進行濾波，濾波架構(gòu)為多輸入多輸出，即6路輸入6路輸出，其濾波過程如下:

首先將信號構(gòu)造成數(shù)字信號矩陣，設(shè)置數(shù)字信號的窗口寬度為n，令ucbt＝x*1，ilb＝x*2，uco1＝x*3，uco2＝x*4，uco3＝x*5，idc＝x*6，其中“*”號表示數(shù)字信號的下標系數(shù)，得

然后計算6路信號中每路信號的均值，得

接著計算6路信號中每路信號的方差

再則計算6路信號中每兩路信號間的協(xié)方差，得到

采用sjk的值對數(shù)據(jù)序列進行異常值檢測與更新，設(shè)置一個閾值，其方法為如下公式

更新后即可得到已濾波的6個信號數(shù)據(jù)輸出，實現(xiàn)mimo濾波；

步驟2：將步驟1所得到的已濾波的6個信號數(shù)據(jù)，送入同步堆疊控制算法模塊，同步堆疊控制算法內(nèi)，對所有功率開關(guān)管進行同步控制，產(chǎn)生同步堆疊控制邏輯，其方法是將整個控制過程分為正向同步堆疊過程和反向同步堆疊過程；

步驟3：按同步堆疊控制算法流程，將同步堆疊過程和反向同步堆疊過程依次執(zhí)行，即可得到一個控制周期，同步堆疊控制算法模塊所產(chǎn)生的控制信息，輸入到pwm信號隔離放大模塊進行功率放大后直接經(jīng)控制總線連接到各個功率開關(guān)管的控制端，實現(xiàn)整個電路的控制；

步驟4：重復(fù)執(zhí)行步驟1～步驟3。

針對控制方法，mimo濾波模塊具體實施例如下：

在一個實施例中，首先將信號構(gòu)造成數(shù)字信號矩陣，設(shè)置數(shù)字信號的窗口寬度為64，令ucbt＝，ilb＝，uco1＝，uco2＝，uco3＝，idc＝，其中“*”號表示數(shù)字信號的下標系數(shù)，得

然后計算6路信號中每路信號的均值，得

接著計算6路信號中每路信號的方差

再則計算6路信號中每兩路信號間的協(xié)方差，得到

由于雙向buck-boost變換器電路系統(tǒng)在同一物理條件下(相同的供電電源、相同的控制系統(tǒng)等基本一致的工作環(huán)境)，穩(wěn)態(tài)下，多路信號間具有強的相關(guān)性，而當收到外部強噪聲干擾影響時，才會出現(xiàn)非相關(guān)特征，故采用sjk的值對數(shù)據(jù)序列進行異常值檢測與更新，設(shè)置一個閾值＝0.5，則其更新方法為如下公式

更新后即可得到已濾波的6個信號數(shù)據(jù)輸出，實現(xiàn)mimo濾波。

針對控制方法，同步堆疊控制算法具體實施例如下：

(1)在正向同步堆疊過程，其工作過程按順序排列，將其工作回路狀態(tài)畫出如圖2，圖中使用粗線條表示工作回路，細線條表示不工作回路，下同。

本實施例中圖2(a)的具體的工作回路為：ubt->lb->qbu1(dbu1)->qbu2(dbu2)->qbu4->co2->co1->ubt和cbt->qbo1->qbo4(dbo4)->co2->co1->cbt和co1->co2->co3，共3個回路被激活。

圖2(b)的具體的工作回路為：ubt->lb->qbu1(dbu1)->qbu5->co1->ubt和cbt->lb->qbo1->qbo2->qbo5(dbo5)->co1->cbt和co1->co2->co3，共3個回路被激活。

圖2(c)的具體的工作流程為：ubt->lb->qbo1->qbo2->qbo3->co1->co2->co3和ubt->cbt->ubt，共2個回路被激活。

(2)在反向同步堆疊過程，見圖3。

本實施例中圖3(a)的具體的工作流程為：ubt->lb->qbu1(dbu1)->qbu5->co1->ubt和cbt->lb->qbo1->qbo2->qbo5(dbo5)->co1->cbt和co1->co2->co3，共3個回路被激活，

圖3(b)的具體的工作流程為：ubt->lb->qbu1(dbu1)->qbu2(dbu2)->qbu4->co2->co1->ubt和cbt->lb->qbo1->qbo4(dbo4)->co2->co1->cbt和co1->co2->co3，共3個回路被激活，

圖3(c)的具體的工作流程為：ubt->lb->qbu1(dbu1)->qbu2(dbu2)->qbu3(dbu3)->co3->co2->co1->ubt和ubt->cbt->ubt，共2個回路被激活。

上述的正向同步堆疊和反向同步堆疊兩個過程被順序重復(fù)執(zhí)行，當按:圖2(a)->圖2(b)->圖2(c)->圖3(a)->圖3(b)->圖3(c)->圖2(a)循環(huán)執(zhí)行，則能量傳輸方向從左到右；當按:圖3(c)->圖3(b)->圖3(a)->圖2(c)->圖2(b)->圖2(a)->圖3(c)循環(huán)執(zhí)行,則能量傳輸方向從左到右，實現(xiàn)能量的雙向變換。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。