多相DCDC转换控制电路及方法与流程

本申请属于直流电源技术领域，具体涉及一种多相dcdc转换控制电路及方法。

背景技术：

直流变换器(directcurrentdirectcurrentconverter，dcdc)是燃料电池汽车中的主要部件之一，用于对燃料电池的输出电压进行调节，使电压调整率满足负载要求。汽车燃料电池需要dcdc变换器具备大功率、高功率密度、高可靠性和宽工作范围等优点。由于单个电力电子器件或功率模块的功率有限，限制了dcdc变换器的输出功率，通常采用多相并联的拓扑结构，即由多组器件共同满足大功率设计指标的需求。

对于单相dcdc变换器，功率损耗主要来自于开关管的开关损耗和导通损耗，dcdc效率在不同的功率点相差很大，为达到多相变换器整体的效率指标，提高整车效率，需对多相并联的控制策略进行改进以实现效率优化。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述背景技术中的问题，提供一种能够在全负载范围内实时寻找最优的硬件资源利用方式、减小开关损耗抗的多相dcdc转换控制电路及方法。

本申请的一方面提供一种多相dcdc转换控制电路，包括并联的多条直流转换支路及控制器，各所述直流转换支路均串联在所述转换控制电路的输入端与输出端之间；

所述直流转换支路包括第一储能单元、第一开关单元、第二开关单元及第二储能单元，所述第一储能单元与所述第一开关单元串联于所述转换控制电路的正输入端与所述转换控制电路的正输出端之间，所述第一储能单元经由所述第二开关单元与所述转换控制电路的负输入端连接，所述第二储能单元并联在所述转换控制电路的正输出端与所述转换控制电路的负输出端之间；

各所述第一开关单元的控制端口与各所述第二开关单元的控制端口均与所述控制器连接；

其中，所述控制器通过控制各所述开关单元的开通时间来改变转换控制电路中导通的直流转换支路的个数，并协同控制各所述开关单元的开关频率使得所述转换控制电路的工作效率位于预设的第一阈值范围内。

于上述实施例中的多相dcdc转换控制电路中，在各相直流转换支路中设置第一开关单元与第二开关单元，通过控制第一开关单元的开通占空比现能量正向传输，控制第二开关单元的开通占空比实现能量反向传输，控制某一开关单元时另一开关单元保持闭合；通过控制开关单元的开通时间来控制该相直流转换支路的导通与断开；通过控制开关单元的开关频率来控制该相直流转换支路的转换效率。通过设置控制器与各相直流转换支路的第一开关单元的控制端口与第二开关单元的控制端口均连接，通过控制各所述开关单元的开通时间来改变转换控制电路中导通的直流转换支路的个数，通过对多相dcdc转换控制电路中工作相数的控制实现对电路工作效率的一级控制；通过对多相dcdc转换控制电路中各工作支路开关频率值的控制实现对多相dcdc转换控制电路工作效率的二级控制；通过一级效率控制与二级效率控制的协同配合，使得所述多相dcdc转换控制电路的工作效率位于预设的第一阈值范围内。本申请能够依据负载电流的变化，改变多相dcdc转换控制电路中工作的直流转换支路的相数，使各相直流转换支路都能工作在最大效率点附近，从而使电路在全负载状况下都具有较高效率。

在其中一个实施例中，所述控制器被配置为：

当各所述直流转换支路均处于导通状态时，获取所述转换控制电路的实时输出功率；

根据所述实时输出功率利用查表法从预设的第一表格中获取对应的高效导通支路数，并根据所述高效导通支路数从预设的第二表格中获取对应的高效开关频率值，所述高效导通支路数为使得所述转换控制电路在开关频率固定时的工作效率位于预设的第二阈值范围内的导通支路数，所述高效开关频率值为使得所述转换控制电路在导通支路数固定时的工作效率位于预设的第三阈值范围内的开关频率值；

根据所述导通支路数控制导通的开关单元的个数为所述高效导通支路数，并控制各导通支路中的所述开关单元的开关频率值为所述高效开关频率值，使得所述转换控制电路的工作效率位于预设的第一阈值范围内。

在其中一个实施例中，所述控制器还被配置为：

记录各所述直流转换支路的累积导通工作时间，按照各所述支路的累积导通工作时间由小到大的升序排列依次控制对应的支路中的开关单元导通，并使得导通的开关单元的个数为所述高效导通支路数。

在其中一个实施例中，所述控制器还被配置为：

获取所述高效开关频率值f0，根据能量传输方向控制各所述导通支路中的各相应开关单元的实时开关频率值f在预设的寻优区间[f0-a,f0+b]内变化，并计算所述转换控制电路的实时工作效率值，其中，a<f0，且a、b及f0均为正数；

获取各所述实时工作效率值的最大值为寻优工作效率值；

获取所述转换控制电路工作于所述寻优工作效率值时的实时开关频率值为寻优开关频率值。

在其中一个实施例中，所述控制器还被配置为：

当接收到断电指令及/或检测到负载变化时，保存所述寻优工作效率值及所述寻优开关频率值至所述第二表格中。

在其中一个实施例中，所述控制器还被配置为：

当所述寻优开关频率值位于预设的安全预警范围区间时，控制报警装置发出预设的报警信息及/或执行预设的报警动作。

在其中一个实施例中，所述第一储能单元至少包括：

第一电感，所述第一电感串联在所述转换控制电路的正输入端与所述第一开关单元的输入端之间；

第一电容，所述第一电容并联在所述转换控制电路的正输入端与负输入端之间。

在其中一个实施例中，所述第二储能单元至少包括：

第二电容，所述第二电容并联在所述转换控制电路的正输出端与负输出端之间。

本申请的另一方面提供一种多相dcdc转换控制方法，包括：

基于控制器通过控制各开关单元的开通时间来改变转换控制电路中导通的直流转换支路的个数；

基于所述控制器控制各开关单元的开关频率使得多相dcdc转换控制电路的工作效率位于预设的第一阈值范围内；其中，所述多相dcdc转换控制电路包括并联的多条直流转换支路及控制器，各所述直流转换支路均串联在所述转换控制电路的输入端与输出端之间；所述直流转换支路包括第一储能单元、第一开关单元、第二开关单元及第二储能单元，所述第一储能单元与所述第一开关单元串联于所述转换控制电路的正输入端与所述转换控制电路的正输出端之间，所述第一储能单元经由所述第二开关单元与所述转换控制电路的负输入端连接，所述第二储能单元并联在所述转换控制电路的正输出端与所述转换控制电路的负输出端之间；各所述第一开关单元的控制端口与各所述第二开关单元的控制端口均与所述控制器连接，所述开关单元包括所述第一开关单元与所述第二开关单元；

基于所述控制器控制所述第一开关单元的开通占空比实现能量正向传输，并基于所述控制器控制所述第二开关单元的开通占空比实现能量反向传输。

于上述实施例中的多相dcdc转换控制方法中，首先在各相直流转换支路中设置第一开关单元与第二开关单元，通过控制第一开关单元的开通占空比实现能量正向传输，控制第二开关单元的开通占空比实现能量反向传输，控制某一开关单元时另一开关单元保持闭合；通过控制开关单元的开通时间来控制该相直流转换支路的导通与断开；通过控制开关单元的开关频率来控制该相直流转换支路的转换效率。通过设置控制器与各相直流转换支路的第一开关单元的控制端口与第二开关单元的控制端口均连接，基于控制器控制各所述开关单元的开通时间来改变转换控制电路中导通的直流转换支路的个数，通过对多相dcdc转换控制电路中工作相数的控制实现对电路工作效率的一级控制；基于控制器对多相dcdc转换控制电路中各工作支路开关频率值的控制实现对多相dcdc转换控制电路工作效率的二级控制；通过一级效率控制与二级效率控制的协同配合，使得所述多相dcdc转换控制电路的工作效率位于预设的第一阈值范围内。本申请能够依据负载电流的变化，改变多相dcdc转换控制电路中工作的直流转换支路的相数，使各相直流转换支路都能工作在最大效率点附近，从而使电路在全负载状况下都具有较高效率。

在其中一个实施例中，所述的多相dcdc转换控制方法还包括：

当各所述直流转换支路均处于导通状态时，基于所述控制器获取所述转换控制电路的实时输出功率；

根据所述实时输出功率基于所述控制器利用查表法从预设的第一表格中获取对应的高效导通支路数，并根据所述导通支路数基于所述控制器从预设的第二表格中获取对应的高效开关频率值，所述高效导通支路数为使得所述转换控制电路在开关频率固定时的工作效率位于预设的第二阈值范围内的导通支路数，所述高效开关频率值为使得所述转换控制电路在导通支路数固定时的工作效率位于预设的第三阈值范围内的开关频率值；

根据所述导通支路数基于所述控制器控制导通的开关单元的个数为所述高效导通支路数，并控制各导通支路中的所述开关单元的开关频率为所述高效开关频率值，使得所述转换控制电路的工作效率位于预设的第一阈值范围内。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。

图1为本申请第一实施例中提供的一种多相dcdc转换控制电路的原理示意图。

图2为本申请第二实施例中提供的一种多相dcdc转换控制电路中的直流转换支路的原理示意图。

图3为本申请第三实施例中提供的一种多相dcdc转换控制方法的流程示意图。

图4为本申请第四实施例中提供的一种多相dcdc转换控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在使用本文中描述的“包括”、“具有”、和“包含”的情况下，除非使用了明确的限定用语，例如“仅”、“由……组成”等，否则还可以添加另一部件。除非相反地提及，否则单数形式的术语可以包括复数形式，并不能理解为其数量为一个。

请参考图1和图2，在本申请的一个实施例中，提供了一种多相dcdc转换控制电路，包括并联的多条直流转换支路30及控制器20，各直流转换支路30均串联在转换控制电路100的输入端与输出端之间；直流转换支路30包括第一储能单元31、第一开关单元32、第二开关单元33及第二储能单元34，第一储能单元31与第一开关单元32串联于所述转换控制电路的正输入端11与所述转换控制电路的正输出端13之间，第一储能单元31经由第二开关单元33与所述转换控制电路的负输入端12连接，第一开关单元32经由第二储能单元34与所述转换控制电路的负输入端12连接，第二储能单元34并联在所述转换控制电路的正输出端13与所述转换控制电路的负输出端14之间。各第一开关单元32的控制端口与各第二开关单元33的控制端口均与控制器20连接；其中，控制器20通过控制各第一开关单元32和第二开关单元33的开通时间来改变转换控制电路中导通的直流转换支路的个数，并协同控制各第一开关单元32和第二开关单元33的开关频率使得所述转换控制电路的工作效率位于预设的第一阈值范围内。

具体地，于上述实施例中的多相dcdc转换控制电路中，在各相直流转换支路中设置第一开关单元32与第二开关单元33，通过控制第一开关单元32实现能量正向传输，控制第二开关单元33实现能量反向传输，控制某一开关单元时另一开关单元保持闭合；通过控制该第一开关单元32和第二开关单元33的开通时间来控制该相直流转换支路的导通与断开；通过控制该第一开关单元32和第二开关单元33的开关频率来控制该相直流转换支路的转换效率。通过设置控制器20与各相直流转换支路30的第一开关单元32的控制端口与第二开关单元33的控制端口均连接，通过控制各所述第一开关单元32和第二开关单元33的开通时间来改变转换控制电路中导通的直流转换支路的个数，通过对多相dcdc转换控制电路中工作相数的控制实现对电路工作效率的一级控制；通过对多相dcdc转换控制电路中各工作支路中的第二开关单元32和第二开关单元33的开关频率值的控制，实现对多相dcdc转换控制电路工作效率的二级控制；通过一级效率控制与二级效率控制的协同配合，使得所述多相dcdc转换控制电路的工作效率位于预设的第一阈值范围内。本申请能够依据负载电流的变化，改变多相dcdc转换控制电路中工作的直流转换支路的相数，使各相直流转换支路都能工作在最大效率点附近，从而使电路在全负载状况下都具有较高效率。

进一步地，在本申请的一个实施例中，所述控制器被配置为：

当各所述直流转换支路均处于导通状态时，获取所述转换控制电路的实时输出功率；

根据所述实时输出功率利用查表法从预设的第一表格中获取对应的高效导通支路数，并根据所述高效导通支路数从预设的第二表格中获取对应的高效开关频率值，所述高效导通支路数为使得所述转换控制电路在开关频率固定时的工作效率位于预设的第二阈值范围内的导通支路数，所述高效开关频率值为使得所述转换控制电路在导通支路数固定时的工作效率位于预设的第三阈值范围内的开关频率值；

根据所述导通支路数控制导通的开关单元的个数为所述高效导通支路数，并控制各导通支路中的所述开关单元的开关频率值为所述高效开关频率值，使得所述转换控制电路的工作效率位于预设的第一阈值范围内。

具体地，可以设置第一表格中存储有转换控制电路在不同的实时输出功率值下，各直流转换支路的开关频率值固定的情况下，使得转换控制电路的工作效率值位于预设的第一阈值范围内时导通的直流转换支路的项数；可以设置第二表格中存储有转换控制电路在不同的实时输出功率值下，导通的直流转换支路的相数确定的情况下，使得转换控制电路的工作效率值位于预设的第一阈值范围内时各导通支路的开关频率值。首先可以使转换控制电路的各直流转换支路同时工作，计算转换控制电路的实时输出功率值，根据获取的转换控制电路的实时输出功率值，从第一表格中查询获取对应的高效导通支路数，并根据所述高效导通支路数从第二表格中获取对应的高效开关频率值，在线调整转换控制电路中导通的直流转换支路的相数。由控制器控制各导通支路数控制导通的开关单元的个数为所述高效导通支路数，并控制各导通支路中的第二开关单元的开关频率值为所述高效开关频率值，使得所述转换控制电路的工作效率位于预设的第一阈值范围内。

作为示例，于上述实施例中的多相dcdc转换控制电路中，所述第一表格和所述第二表格的初值可以经由电路仿真及/或实验测试得到。例如，可以分别获取固定开关频率下，各相直流转换支路的工作效率曲线，并根据各工作效率曲线得到所述第一表格，以存储转换控制电路在不同的实时输出功率值下，各直流转换支路的开关频率值固定的情况下，使得转换控制电路的工作效率值位于预设的第一阈值范围内时导通的直流转换支路的相数。通过获取所述转换控制电路中的各相直流转换支路在不同的组合下，各开关频率变化时转换控制电路的工作效率曲线，并根据各工作效率曲线获取所述第二表格，以存储所述转换控制电路在不同的实时输出功率值下，导通的直流转换支路的相数确定的情况下，使得转换控制电路的工作效率值位于预设的第一阈值范围内时各导通支路的开关频率值。确定表格中各曲线的交点，并将与交点对应的功率作为工作相和开关频率控制的切换点，为避免功率临界点上电流脉动造成的相数和开关频率的频繁切换，可将功率切换点拓宽为一个预设的区域。

进一步地，在本申请的一个实施例中，所述控制器还被配置为：

记录各所述直流转换支路的累积导通工作时间，按照各所述支路的累积导通工作时间由小到大的升序排列依次控制对应的支路中的开关单元导通，并使得导通的开关单元的个数为所述高效导通支路数。

于上述实施例中的多相dcdc转换控制电路中，通过记录各所述直流转换支路的累积导通工作时间，可以优先选择控制累积导通工作时间较短的直流转换支路中的开关单元导通，在提高转换控制电路的工作效率的同时，提高转换控制电路中核心元件及控制电路的使用寿命及工作稳定性。

进一步地，在本申请的一个实施例中，所述控制器还被配置为：

获取所述高效开关频率值f0，根据能量传输方向控制各所述导通支路中的各所述开关单元的实时开关频率值f在预设的寻优区间[f0-a,f0+b]内变化，并计算所述转换控制电路的实时工作效率值，其中，a<f0，且a、b及f0均为正数；

获取各所述实时工作效率值的最大值为寻优工作效率值；

获取所述转换控制电路工作于所述寻优工作效率值时的实时开关频率值为寻优开关频率值。

于上述实施例中的多相dcdc转换控制电路中，在获取到使所述转换控制电路在导通支路数固定时，使得电路工作效率位于预设的第三阈值范围内的高效开关频率值f0之后，根据能量传输方向继续在该高效开关频率值f0附近预设的频率区间内调整所述转换控制电路的开关频率值，并在改变该开关频率值的过程中，获取各所述转换控制电路在不同的开关频率值下的工作效率值；获取在调整该开关频率值的过程中得到的工作效率值的最大值作为寻优工作效率值，并获取所述转换控制电路工作于所述寻优工作效率值时的实时开关频率值为寻优开关频率值。以便于对所述第二表格进行自动优化更新。

进一步地，在本申请的一个实施例中，所述控制器还被配置为：

当接收到断电指令及/或检测到负载变化时，保存所述寻优工作效率值及所述寻优开关频率值至所述第二表格中。

于上述实施例中的多相dcdc转换控制电路中，在转换控制电路断电或更换负载的情况下，保存所述寻优工作效率值及所述寻优开关频率值至所述第二表格中，以使得第二表格具备自学习与智能优化更新的功能。

进一步地，在本申请的一个实施例中，所述控制器还被配置为：

当所述寻优开关频率值位于预设的安全预警范围区间时，控制报警装置发出预设的报警信息及/或执行预设的报警动作。

具体地，于上述实施例中的多相dcdc转换控制电路中，可以根据最优效率开关频率点的变化曲线，估计开关器件的健康状态，设置预设的安全预警范围区间，当所述寻优开关频率值位于预设的安全预警范围区间时，控制报警装置发出预设的报警信息及/或执行预设的报警动作，做到及时预警，降低故障率。

进一步地，在本申请的一个实施例中，请继续参考图2，第一储能单元31至少包括第一电感l1及第一电容c1，第一电感l1串联在所述转换控制电路的正输入端11与第一开关单元32的输入端之间；第一电容c1并联在所述转换控制电路的正输入端11与负输入端12之间。直流转换支路30在第一开关单元32和第二开关单元33均导通的情况下进行充电储能；当第一开关单元32导通且第二开关单元33断开的情况下，电感l1具有电流保持特性，流经电感l1的电流不会马上变为0，而是缓慢的由充电完毕时的值变为0，而第二开关单元33已断开，于是电感l1只能经由第一开关单元32放电，即电感l1开始给第二储能单元充电，第二储能单元34两端的电压升高，此时，第二储能单元34两端的电压已经高于输入电压，实现了升压的功能。在本实施例中，可以设置第二储能单元34至少包括第二电容c2，第二电容c2并联在所述转换控制电路的正输出端13与负输出端14之间。

在本申请的一个实施例中，请参考图3，提供了一种多相dcdc转换控制方法，包括：

步骤s202：基于控制器通过控制各开关单元的开通时间来改变转换控制电路中导通的直流转换支路的个数；

步骤s204：基于所述控制器协同控制各开关单元的开关频率使得多相dcdc转换控制电路的工作效率位于预设的第一阈值范围内；其中，所述多相dcdc转换控制电路包括并联的多条直流转换支路及控制器，各所述直流转换支路均串联在所述转换控制电路的输入端与输出端之间；所述直流转换支路包括第一储能单元、第一开关单元、第二开关单元及第二储能单元，所述第一储能单元与所述第一开关单元串联于所述转换控制电路的正输入端与所述转换控制电路的正输出端之间，所述第一储能单元经由所述第二开关单元与所述转换控制电路的负输入端连接，所述第二储能单元并联在所述转换控制电路的正输出端与所述转换控制电路的负输出端之间；各所述第一开关单元的控制端口与各所述第二开关单元的控制端口均与所述控制器连接，所述开关单元包括所述第一开关单元与所述第二开关单元；

步骤s206：基于所述控制器控制所述第一开关单元的开通占空比实现能量正向传输，并基于所述控制器控制所述第二开关单元的开通占空比实现能量反向传输。

具体地，于上述实施例中的多相dcdc转换控制方法中，首先在各相直流转换支路中设置第一开关单元与第二开关单元，通过控制第一开关单元的开通占空比实现能量正向传输，控制第二开关单元的开通占空比实现能量反向传输，控制某一开关单元的开通占空比时另一开关单元保持闭合；通过控制该开关单元的开通时间来控制该相直流转换支路的导通与断开；通过控制该开关单元的开关频率来控制该相直流转换支路的转换效率。通过设置控制器与各相直流转换支路的第一开关单元的控制端口与第二开关单元的控制端口均连接，基于控制器控制各开关单元的通断来改变转换控制电路中导通的直流转换支路的个数，通过对多相dcdc转换控制电路中工作相数的控制实现对电路工作效率的一级控制；基于控制器对多相dcdc转换控制电路中各工作支路开关频率值的控制实现对多相dcdc转换控制电路工作效率的二级控制；通过一级效率控制与二级效率控制的协同配合，使得所述多相dcdc转换控制电路的工作效率位于预设的第一阈值范围内。本申请能够依据负载电流的变化，改变多相dcdc转换控制电路中工作的直流转换支路的相数，使各相直流转换支路都能工作在最大效率点附近，从而使电路在全负载状况下都具有较高效率。

进一步地，在本申请的一个实施例中提供的多相dcdc转换控制方法中，请参考图4，与图3中示意的实施例的区别在于，步骤s204还包括：

步骤s2042：当各所述直流转换支路均处于导通状态时，基于所述控制器获取所述转换控制电路的实时输出功率；

步骤s2044：根据所述实时输出功率基于所述控制器利用查表法从预设的第一表格中获取对应的高效导通支路数，并根据所述导通支路数基于所述控制器从预设的第二表格中获取对应的高效开关频率值，所述高效导通支路数为使得所述转换控制电路在开关频率固定时的工作效率位于预设的第二阈值范围内的导通支路数，所述高效开关频率值为使得所述转换控制电路在导通支路数固定时的工作效率位于预设的第三阈值范围内的开关频率值；

步骤s2046：根据所述导通支路数基于所述控制器控制导通的开关单元的个数为所述高效导通支路数，并控制各导通支路中的所述开关单元的开关频率为所述高效开关频率值，使得所述转换控制电路的工作效率位于预设的第一阈值范围内。

作为示例，可以设置第一表格中存储有转换控制电路在不同的实时输出功率值下，各直流转换支路的开关频率值固定的情况下，使得转换控制电路的工作效率值位于预设的第一阈值范围内时导通的直流转换支路的相数；可以设置第二表格中存储有转换控制电路在不同的实时输出功率值下，导通的直流转换支路的相数确定的情况下，使得转换控制电路的工作效率值位于预设的第一阈值范围内时各导通支路的开关频率值。首先可以使转换控制电路的各直流转换支路同时工作，计算转换控制电路的实时输出功率值，根据获取的转换控制电路的实时输出功率值，从第一表格中查询获取对应的高效导通支路数，并根据所述高效导通支路数从第二表格中获取对应的高效开关频率值，在线调整转换控制电路中导通的直流转换支路的相数。由控制器控制各导通支路数控制导通的开关单元的个数为所述高效导通支路数，并控制各导通支路中的所述开关单元的开关频率值为所述高效开关频率值，使得所述转换控制电路的工作效率位于预设的第一阈值范围内。

关于多相dcdc转换控制方法的具体限定可以参见上文中对于多相dcdc转换控制装置的限定，在此不再赘述。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。