隔离型双向直流变换器的控制方法及相关设备

技术领域

本申请属于电子电路技术领域，尤其涉及一种隔离型双向直流变换器的控制方法、功率变换装置以及计算机可读存储介质。

背景技术

涉及到电池能量转换的DC-DC电源通常要用到双向LLC电路拓扑。充电时，功率从高压侧向电池侧进行能量传输过程中，高压侧一般采用PWM驱动原边电桥导通，低压侧可选择通过硬件检测副边电流后切换软件控制PWM驱动副边电桥的MOS管导通做同步整流或者采用MOS管的体二极管进行不控整流的方式。

在第一种方式中，通过检测副边电流切换软件控制PWM驱动副边电桥的方式硬件电路较为复杂，且成本较高。第二种方式中，因为电流走的是副边电桥的体二极管，而电池充电通常是低压大电流，体二极管整流损耗大会导致效率低和热应力问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种隔离型双向直流变换器的控制方法、功率变换装置以及计算机可读存储介质，旨在解决相关的双向直流变换器的硬件电路较为复杂，且成本较高、效率低的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种隔离型双向直流变换器的控制方法，所述隔离型双向直流变换器包括原边电路、副边电路；所述原边电路和所述副边电路包括构成桥臂的开关管；所述控制方法包括：

在所述原边电路向所述副边电路传输能量的情况下，在驱动所述原边电路的开关管导通的第一预设时长之后，驱动所述副边电路的开关管导通；

在驱动所述原边电路的开关管关断的第二预设时长之前，驱动所述副边电路的开关管关断。

在一些实施例中，还包括：

获取所述隔离型双向直流变换器的开关频率；

根据所述开关频率配置所述第一预设时长以及所述第二预设时长。

在一些实施例中，还包括：

获取所述副边电路的输出电流；

在所述副边电路的输出电流小于第一预设电流的情况下，关断所述副边电路中的开关管。

在一些实施例中，还包括：

在所述副边电路向所述原边电路传输能量的情况下，在驱动所述副边电路的开关管导通的第三预设时长之后，驱动所述原边电路的开关管导通；

在驱动所述副边电路的开关管关断的第四预设时长之前，驱动所述原边电路的开关管关断。

在一些实施例中，还包括：

获取所述副边电路的输入电流；

根据所述副边电路的输入电流配置所述第三预设时长以及所述第四预设时长。

在一些实施例中，还包括：

在所述副边电路的输入电流小于第二预设电流的情况下，关断所述原边电路中的开关管。

在一些实施例中，所述原边电路的开关管关断的时刻对应所述副边电路的开关管的反并联二极管或体二极管的截止时刻。

在一些实施例中，所述第一预设时长的开始时刻对应所述副边电路的开关管的反并联二极管或体二极管的开通时刻。

第二方面，本申请实施例提供了一种功率变换装置，包括隔离型双向直流变换器、存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述隔离型双向直流变换器包括原边电路以及副边电路；所述原边电路和所述副边电路包括构成桥臂的开关管，各所述开关管与所述处理器连接，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述隔离型双向直流变换器的控制方法的步骤。

第三方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被控制器执行时可实现如上所述隔离型双向直流变换器的控制方法的步骤。

本发明实施例与相关技术相比存在的有益效果是：不需要对隔离型双向直流变换器进行过零点检测，省略了过零检测电路的硬件，使得电路变得简单，在降低电路复杂度的前提下实现了同步整流，提高转换效率，降低了功耗；同时，设置副边电路中需关断的开关管先于原边电路的开关管关断，可以避免能量从副边电路倒灌到原边电路。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的隔离型双向直流变换器的拓扑示意图；

图2为本申请一实施例提供的隔离型双向直流变换器的控制方法的流程图；

图3为图1所示的隔离型双向直流变换器中原边电路向副边电路传输能量时的开关控制波形图；

图4为图1所示的隔离型双向直流变换器中原边电路向副边电路传输能量时的开关控制波形图；

图5为本申请一实施例提供的隔离型双向直流变换器的控制方法的流程图；

图6为本申请一实施例提供的隔离型双向直流变换器的控制方法的流程图；

图7为图1所示的隔离型双向直流变换器中副边电路向原边电路传输能量时的开关控制波形图；

图8为图1所示的隔离型双向直流变换器中副边电路向原边电路传输能量时的开关控制波形图；

图9为本申请一实施例提供的隔离型双向直流变换器的控制方法的流程图。

图10为本申请一实施例提供的隔离型双向直流变换器的控制电路的模块示意图。

图11为本申请一实施例提供的功率变换撞装置的模块示意图。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本申请实施例提供了一种隔离型双向直流变换器的控制方法，请参阅图1隔离型双向直流变换器包括原边电路100和副边电路200。原边电路100和副边电路200包括构成桥臂的开关管，开关管比如是MOS管(Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor，金属氧化物半导体型场效应管)、或者IGBT管(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)。在一个示例中，原边电路100包括开关管Q1、Q2、Q3、Q4，副边电路200包括开关管Q5、Q6、Q7、Q8。

示例性的，原边电路100和副边电路200通过谐振腔300耦合，谐振腔300包括谐振电感L1、谐振电容C1以及变压器T1。变压器T1的原边绕组一端通过谐振电感L1连接到开关管Q1、Q2的串联节点，另一端通过谐振电容C1连接到开关管Q3、Q4的串联节点，变压器T1的副边绕组一端连接到开关管Q5、Q6的串联节点，另一端连接到开关管Q7、Q8的串联节点。

示例性的，原边电路100的传输母线BUS+/BUS-连接到比如充电器或负载，视为高压侧。而副边电路200的直流母线BAT+/BAT-连接到储能设备，比如电池包，视为低压侧。

请参阅图2，隔离型双向直流变换器的控制方法包括以下步骤：

步骤S110，在原边电路向副边电路传输能量的情况下，在驱动原边电路的开关管导通的第一预设时长之后，驱动副边电路的开关管导通。

步骤S120，在驱动原边电路的开关管关断的第二预设时长之前，驱动副边电路的开关管关断。

具体地，在原边电路100向副边电路200传输能量的情况下，比如充电器给储能设备充电，开关管Q5、Q6、Q7、Q8也可以称作同步整流管。通过具有第一占空比的第一驱动信号驱动原边电路100的开关管Q1、Q2、Q3、Q4导通以及关断，通过具有第二占空比的第二驱动信号驱动副边电路200的开关管Q5、Q6、Q7、Q8导通以及关断。可以理解的是，第一驱动信号、第二驱动信号为PWM信号，请参阅图3和图4。示例性的，占空比对应的占空比时长是指，在每个脉冲周期内，PWM信号为高电平(若开关管为高电平导通)或低电平(若开关管为低电平导通)的时间。作为一些示例，为提高变换器的效率，降低损耗，第一占空比、第二占空比设置在40％～50％之间。

在一个示例中，在原边电路100向副边电路200传输能量的情况下，第一占空比大于第二占空比。请继续参阅图3、图4，其中，波形1为开关管Q1、Q4驱动波形，即第一驱动信号；波形2为开关管Q5、Q8驱动波形，即第二驱动信号；波形3为副边电路200的输出电流波形。可以理解的是，开关管Q2、Q3驱动波形与开关管Q1、Q4驱动波形为互补信号，且为了防止原边电路100短路，开关管Q2、Q3驱动波形与开关管Q1、Q4驱动波形之间通常设置一定的死区时间。同样的，开关管Q6、Q7驱动波形与开关管Q5、Q8驱动波形为互补信号，且为了防止副边电路200短路，开关管Q6、Q7驱动波形与开关管Q5、Q8驱动波形之间通常设置一定的死区时间。

具体地，图3中可以看到开关管Q1导通(光标线B)后，开关管Q5延迟第一预设时长后导通(图3中光标线A)，不需要对隔离型双向直流变换器进行过零点检测，省略了过零检测电路的硬件，在降低电路复杂度的前提下实现了同步整流。图4中可以看到开关管Q1关断(光标线A)前，开关管Q5提前第二预设时长关断(图4中光标线B)，避免由于开关频率低于谐振腔300的谐振频率，同步整流管导通导致能量从低压侧灌到高压侧，从而提高转换效率，降低功耗。

请参阅图5，在一些实施例中，控制方法还包括：

步骤S510，获取隔离型双向直流变换器的开关频率。

步骤S520，根据开关频率配置第一预设时长以及第二预设时长。

可以理解的是，隔离型双向直流变换器的开关频率即上述各个开关管的开关频率。第一预设时长以及第二预设时长可以为相同，也可以不相同。本申请的示例中，第一预设时长以及第二预设时长相同，称为死区时长。

在隔离型双向直流变换器拓扑中，当开关频率低于谐振腔300的谐振频率,LLC处于断续模式，此时若过早开通同步整流管会导致倒灌，故设置死区时长，增加不同开关频率对应不同的死区时间的方式。

首先，在原边电路100向副边电路200传输能量的情况下，在不同的输入输出及不同负载的条件下，通过调整隔离型双向直流变换器的开关频率稳定输出电压，故可通过不同的开关频率增加不同的死区时长来控制同步整流管，并制成表格以预存储，在执行本申请控制方法时采用查表的方式确定所需配置的死区时长。在一个示例中，不同的开关频率匹配不同的死区时长如下表1所示。

表1

死区时长具体是指：如图3和图4的波形1、2，开关管Q1同开关管Q5同上升沿(或同下降沿)之间的时间差。

在一些实施例中，考虑轻载时同步整流管损耗较小，小于开关损耗，此时可以用通过体二极管实现不控整流即可。因此，控制方法还包括：获取副边电路200的输出电流；在副边电路200的输出电流小于第一预设电流的情况下，关断副边电路200中的开关管。

其中，第一预设电流根据隔离型双向直流变换器的功率范围以及不同的输入输出及不同负载的条件配置。比如，在一个示例中，第一预设电流为0.5A、0.7A或1A。可以理解的是，副边电路200的输出电流在第一预设电流以上的情况下，则需要导通副边电路200中的开关管，以实施可控的同步整流。

在一些实施例中，请继续参阅图3，第一预设时长的开始时刻(图3中光标线B)对应副边电路200的开关管的反并联二极管或体二极管的开通时刻，即在副边电路200的开关管的反并联二极管或体二极管导通后，延迟第一预设时长再导通应副边电路200的开关管。以降低电流对开关管的冲击。

在一些实施例中，请继续参阅图4，如上步骤S120中，原边电路100的开关管关断的时刻(图4中光标线A)对应副边电路200的开关管的反并联二极管或体二极管的截止时刻，因此，在副边电路200的开关管的反并联二极管或体二极管的截止前，提前关断副边电路200的开关管，可以避免能量倒灌。

请参阅图1和图6，在一些实施例中，控制方法还包括：

步骤S610，在副边电路向原边电路传输能量的情况下，在驱动副边电路的开关管导通的第三预设时长之后，驱动原边电路的开关管导通。

步骤S620，在驱动副边电路的开关管关断的第四预设时长之前，驱动原边电路的开关管关断。

具体地，在副边电路200向原边电路100传输能量的情况下，比如储能设备给负载供电，即储能设备在放电状态，此时，开关管Q1、Q2、Q3、Q4为同步整流管。通过具有第三占空比的第三驱动信号驱动副边电路200的开关管Q5、Q6、Q7、Q8导通以及关断，通过具有第四占空比的第四驱动信号驱动原边电路100的开关管Q1、Q2、Q3、Q4导通以及关断。可以理解的是，第三驱动信号、第四驱动信号为PWM信号，请参阅图7和图8。示例性的，占空比对应的占空比时长是指，在每个脉冲周期内，PWM信号为高电平(若开关管为高电平导通)或低电平(若开关管为低电平导通)的时间。作为一些示例，为提高变换器的效率，降低损耗，第三占空比、第四占空比设置在40％～50％之间。

在一个示例中，在副边电路200向原边电路100传输能量的情况下，第三占空比大于第四占空比。请继续参阅图7和图8，其中，波形4为开关管Q5、Q8驱动波形，即第三驱动信号；波形5为开关管Q1、Q4驱动波形，即第四驱动信号；波形6为原边电路100的输出电流波形。

具体地，图7中可以看到开关管Q5关断(图7中光标线A)前，开关管Q1提前第三预设时长关断(图7中光标线B)。如此，在副边电路200向原边电路100传输能量的情况下，可避免同步整流管导通导致能量从原边侧灌到副边侧。图8中可以看到开关管Q5导通(图8中光标线B)后，开关管Q1延迟第四预设时长后导通(图8中光标线A)，在副边电路200向原边电路100传输能量的情况下，不需要过零检测电路的硬件即可实现同步整流，降低了电路复杂度的前提。上述方案整体上可以提高转换效率，降低功耗。

请参阅图1和图9，在一些实施例中，控制方法还包括：

步骤S910，获取副边电路的输入电流；

步骤S920，根据副边电路的输入电流配置第三预设时长以及第四预设时长。

在副边电路200向原边电路100传输能量的情况下，即低压侧向高压侧放电时：隔离型双向直流变换器的等效电路为LC串联谐振，最大增益为1，因此采用定频的控制方式，故可通过副边电路200的输入电流大小定义第三预设时长以及第四预设时长，并制成表格以预存储，在执行本申请控制方法时采用查表的方式确定所需配置的死区时长。其中，第三预设时长以及第四预设时长可以为相同，也可以不相同。本申请的示例中，第三预设时长以及第四预设时长相同，称为死区时长。

在一个示例中，不同的开关频率匹配不同的死区时间如下表2所示。

表2

在一些实施例中，放电电流即副边电路200的输入电流小于第二预设电流的情况下，由于同步整流管的损耗较小，因此关断原边电路100中的开关管，通过开关管的体二极管进行导通，可以提高变换器的效率，降低损耗。其中，第二预设电流根据隔离型双向直流变换器的功率范围以及不同的输入输出及不同负载的条件配置。比如，在一个示例中，第二预设电流为0.5A、0.7A或1A。可以理解的是，副边电路200的输出电流在第一预设电流以上的情况下，开通副边电路200中的开关管，以实施可控的同步整流。

请参阅图10，本申请实施例还提供了一种隔离型双向直流变换器的控制装置，结合图1和图10，所述隔离型双向直流变换器包括原边电路100、副边电路200；原边电路100包括开关管Q1、Q2、Q3、Q4，副边电路200包括开关管Q5、Q6、Q7、Q8，控制装置包括：

第一驱动模块101，用于在所述原边电路100向所述副边电路200传输能量的情况下，在驱动所述原边电路100的开关管导通的第一预设时长之后，驱动所述副边电路200的开关管导通；

第二驱动模块102，用于在驱动所述原边电路100的开关管关断的第二预设时长之前，驱动所述副边电路200的开关管关断。

在一些实施例中，控制装置还包括：

获取模块103，用于获取所述隔离型双向直流变换器的开关频率；

配置模块104，用于根据所述开关频率配置所述第一预设时长以及所述第二预设时长。

在一些实施例中，控制装置还包括：

获取模块103还用于获取所述副边电路200的输出电流；

第二驱动模块102还用于在所述副边电路200的输出电流小于第一预设电流的情况下，关断所述副边电路200中的开关管。

在一些实施例中，控制装置还包括：

第二驱动模块102还用于在所述副边电路200向所述原边电路100传输能量的情况下，在驱动所述副边电路200的开关管导通的第三预设时长之后，驱动所述原边电路100的开关管导通；

第一驱动模块101还用于在驱动所述副边电路200的开关管关断的第四预设时长之前，驱动所述原边电路100的开关管关断。

在一些实施例中，控制装置还包括：

获取模块103还用于获取所述副边电路200的输入电流；

配置模块104还用于根据所述副边电路200的输入电流配置所述第三预设时长以及所述第四预设时长。

在一些实施例中，控制装置还包括：

第一驱动模块101还用于在所述副边电路200的输入电流小于第二预设电流的情况下，关断所述原边电路100中的开关管。

在一些实施例中，所述原边电路100的开关管关断的时刻对应所述副边电路200的开关管的反并联二极管或体二极管的截止时刻。

在一些实施例中，所述第一预设时长的开始时刻对应所述副边电路200的开关管的反并联二极管或体二极管的开通时刻。

本申请实施例还提供了一种功率变换装置，功率变换装置包括隔离型双向直流变换器、存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，隔离型双向直流变换器包括原边电路100以及副边电路200；原边电路100和副边电路200包括构成桥臂的开关管Q1～Q8，各开关管Q1～Q8与处理器连接，处理器执行计算机程序时实现如上隔离型双向直流变换器的控制方法的步骤。

图11为本申请实施例提供的一种供电设备11的结构示意图。如图11所示，供电设备11包括：处理器110、存储器111以及存储在存储器111中并可在处理器110上运行的计算机程序112，处理器110执行计算机程序112时实现上述实施例中的隔离型双向直流变换器的控制方法中的步骤。

具体实现时，供电设备11可以为如上述的功率变换装置或储能设备。本领域技术人员可以理解，图11仅仅是供电设备11的举例，并不构成对供电设备11的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，比如还可以包括输入输出设备、网络接入设备等。

处理器110可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，处理器110还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者也可以是任何常规的处理器。

存储器111在一些实施例中可以是供电设备11的内部存储单元，比如供电设备11的硬盘或内存。存储器111在另一些实施例中也可以是供电设备11的外部存储设备，比如供电设备11上配备的插接式硬盘、智能存储卡(Smart Media Card，SMC)、安全数字(SecureDigital，SD)卡、闪存卡(Flash Card)等。进一步地，存储器111还可以既包括供电设备11的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器111用于存储操作系统、应用程序、引导装载程序(Boot Loader)、数据以及其他程序等。存储器111还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时可实现上述各个方法实施例中的步骤。

本申请实施例提供了一种计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述各个方法实施例中的步骤。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述方法实施例中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，该计算机程序包括计算机程序代码，该计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。该计算机可读介质至少可以包括：能够将计算机程序代码携带到拍照装置/终端设备的任何实体或装置、记录介质、计算机存储器、ROM(Read-Only Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)、CD-ROM(Compact Disc Read-Only Memory，只读光盘)、磁带、软盘和光数据存储设备等。本申请提到的计算机可读存储介质可以为非易失性存储介质，换句话说，可以是非瞬时性存储介质。

应当理解的是，实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过软件、硬件、固件或者其任意结合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。该计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。该计算机指令可以存储在上述计算机可读存储介质中。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/电子设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/电子设备实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。