基于模型预测的DAB变换器无电流传感器控制方法与流程

基于模型预测的dab变换器无电流传感器控制方法
技术领域
1.本发明属于电力电子变换器控制技术领域，涉及一种基于模型预测的dab变换器无电流传感器控制方法。


背景技术：

2.dab变换器具有开关器件电压电流应力小、结构对称、易于实现zvs等优点，适用于中大功率直流电源变换场合。
3.相较于电压控制，电压、电流双环控制的dab变换器具有更高的动态响应性能。此外，电流控制的加入能够支持变换器工作在限流模式下。
4.然而，电流控制需要添加更多的传感器和采样电路，提高了系统复杂程度和成本。因此，本发明公开了一种不需要电流传感器的基于模型预测的dab电压电、流控双环制方法，对现有技术予以改良以克服现有技术中的所述缺陷。


技术实现要素：

5.要解决的技术问题
6.为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于模型预测的dab变换器无电流传感器控制方法。
7.技术方案
8.一种基于模型预测的dab变换器无电流传感器控制方法，其特征在于步骤如下：
9.步骤1：将输出电压给定值v
ref
与输出电压采样值v
out
做差得到电压误差值，再经过电压补偿器gv，得到电流内环的给定值i
ref
；
10.步骤2、预测负载电流i
o(pre)
：
11.1、采样dab变换器的输入电压v
in
和输出电压v
out
，结合当前开关周期的移相角pk计算出电感电流在当前开关周期中的转折点分别为：
[0012][0013][0014][0015]
其中：i
l
(t)为电感电流在t时刻的值，t0为当前开关周期起始时刻，t1，t2，t3分别为
电感电流第1、第2、第3个转折时刻，t4为当前开关周期终止时刻，ts为开关周期，v
in
为变换器的输入电压，v
out
为变换器的输出电压，n为变压器匝比，l为电感值；
[0016]
2、根据变压器匝比n，计算得到变压器副边电流波形i
sec
＝ni
l
；
[0017]
3、将副边电流i
sec
进行半周期极性反转，得到流出副边h桥的电流ih；
[0018]
4、对流出副边整流桥的电流ih进行平均值计算，得到负载电流预测结果i
o(pre)
；
[0019]
步骤3：将电流内环给定值i
ref
与负载电流预测值i
o(pre)
做差得到电流的误差值，将误差值通过电流补偿器gc，得到下一开关周期的移相控制信号p
k+1
；
[0020]
步骤4：根据移相控制信号p
k+1
，生成相位差为p
k+1
ts的方波信号，分别驱动原、副边h桥，下一周期重复上述过程，实现对dab变换器的控制。
[0021]
所述电压补偿器gv以pi替换。
[0022]
所述电流补偿器gc以pi替换。
[0023]
有益效果
[0024]
本发明提出的一种基于模型预测的dab变换器无电流传感器控制方法，参考电压v
ref
和输出电压v
out
经过电压补偿器gv得到电流参考值i
ref
；数字控制器获取变换器的输入电压v
in
和输出电压v
out
，结合电流补偿器gc输出的移相角pk，使用负载电流预测模型实现对负载电流的预测，并将负载电流预测结果i
o(pre)
作为电流补偿器gc的反馈值；电流参考值i
ref
和负载电流预测结果i
o(pre)
经过电流补偿器gc得到移相角p
k+1
。移相角p
k+1
通过pwm调制模块转换为驱动原副边开关管的开关信号，实现对变换器的控制。由此实现的电压、电流控制，只需要电压传感器，不需要电流传感器，能实现比电压控制更高的动态响应速度，并支持限流控制。
[0025]
与现有技术相比，本技术具有如下有益效果：本技术的控制方法实现了对输出电压和电流的控制，具有很好的动态响应性能。同时通过负载电流预测模型，实现对负载电流的预测，不需要额外的电流传感器，降低了系统复杂程度。
附图说明
[0026]
图1是本发明的dab变换器拓扑图；
[0027]
图2是本发明基于模型预测的dab变换器无电流传感器控制方法的控制框图；
[0028]
图3是本发明基于模型预测的dab变换器无电流传感器控制方法的控制周期内的数字实现时序图。
具体实施方式
[0029]
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
[0030]
本提供一种基于模型预测的dab变换器无电流传感器控制方法，以解决现有技术中电压电流控制系统需要额外传感器和采样电路，过于复杂的问题。
[0031]
本技术的目的通过以下技术方案实现：
[0032]
输出电压控制的实现方法包括：
[0033]
获取dab变换器的输出电压v
out
，并将其与输出电压参考值v
ref
进行比较，得到电压误差值，再经过电压补偿器gv，得到电流内环的给定值i
ref
。
[0034]
负载电流的预测方法包括：
[0035][0036][0037][0038]
其中，i
l
(t)为电感电流在t时刻的值，t0为当前开关周期起始时刻，t1，t2，t3分别为电感电流第1、第2、第3个转折时刻，t4为当前开关周期终止时刻，ts为开关周期，v
in
为变换器的输入电压，v
out
为变换器的输出电压，n为变压器匝比，l为电感值；
[0039]
根据变压器匝比n，计算得到变压器副边电流波形i
sec
＝ni
l
；
[0040]
将副边电流i
sec
进行半周期极性反转，得到流出副边h桥的电流ih；
[0041]
对流出副边整流桥的电流ih进行平均值计算，得到负载电流预测结果i
o(pre)
；
[0042]
在实施例中，公开了一种基于模型预测的dab变换器无电流传感器控制方法：
[0043]
图1是本发明所用拓扑的结构图，通过控制变压器原副边全桥间的移相角，可以实现功率传输控制，控制方法为：
[0044]
获取双有源桥变换器的输入电压、输出参考电压和输出电压；
[0045]
根据获取的输入电压、输出电压、输出参考电压，根据电压电流控制器，获得移相角；
[0046]
根据移相控制下的移相角，控制功率传输；
[0047]
图2是本发明基于模型预测的dab变换器无电流传感器控制方法，控制方法实现的具体过程为：
[0048]
根据电感电流预测模型，获取移相控制下的移相角。其中，电感电流预测模型的获取过程为：根据变换器的移相角与输入电压、输出电压和电感电流的关系，进行电感电流波形预测；
[0049]
进一步的，根据变压器的匝比，并进行平均值计算，可以得到负载电流。
[0050]
负载电流的控制实现过程为：
[0051]
通过电压补偿器的输出值和负载电流预测值，得到负载电流的误差值，利用电流补偿器，实现对负载电流的控制。
[0052]
对本实施例公开的一种基于模型预测的dab变换器无电流传感器控制方法的控制时序进行详细说明：
[0053]
图3是本发明基于模型预测的dab变换器无电流传感器控制方法的控制周期内的数字实现时序图。
[0054]
图中控制周期选取为开关周期ts；
[0055]
在控制周期内，完成以下过程：在完成v
in
、v
out
的采样后，进行电感电流波形预测、负载电流计算、移相角计算；
[0056]
以上过程在一个控制周期内完成，使控制程序的pwm比较器处于等待装载状态，保证下一周期开始的pwm输出。
[0057]
在本发明中控制方法包括：通过电压补偿器gv(可以是pi)，得到电流内环的给定值i
ref
；同时利用负载电流预测模型计算得到负载电流预测结果i
o(pre)
作为电流补偿器的反馈值；再经过电流补偿器gc(可以是pi)的控制，实现电压、电流双环控制。
[0058]
所述的负载电流预测模型包括：获取双有源桥变换器的输入电压v
in
和输出电压v
out
，根据变换器当前周期的移相角pk与输入电压v
in
、输出电压v
out
和负载电流的关系，实现对负载电流的等效预测。
[0059]
所述的负载电流预测过程包括：对电感电流波形信息进行计算，并根据变压器的匝比，对负载电流平均值进行计算。
[0060]
所述的电压补偿器的控制过程包括：将输出电压参考值v
ref
与输出电压反馈值v
out
做差得到电压误差值，再经过电压补偿器gv，得到电流内环的给定值i
ref
。
[0061]
所述的电流补偿器的控制过程包括：将电流参考值i
ref
与负载电流预测值i
o(pre)
做差得到电流的误差值，通过电流补偿器gc，得到移相控制信号p
k+1
，以此来实现对变换器工作电压和电流的控制。