用于交错直流变换器的软启动电路及其控制方法

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种用于交错直流变换器的软启动电路及其控制方法。

背景技术：

作为新能源、储能单元与能源系统进行能量交换的接口，电力电子装置在能源的开发和利用中起着重要作用。具有低输入电流纹波特性的交错直流变换器作为可再生能源与能源系统的接口装置，在微电网、可再生能源分布式发电等系统中扮演着重要的角色。

相关技术中，交错直流变换器因其交错控制的特性，主功率开关管移相占空比始终大于0.5，两个主功率开关管不能同时关断，当达到稳态工作时，控制某个主功率电感充放电的主功率开关管关断期间，该主功率电感存在能量泄放的回路，但直接启动时由于升压单元内部的中间储能电容、输出电容预充电，这个能量泄放的过程不存在，电感电流始终工作在储能状态，电感电流持续上升，产生启动电流尖峰。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种用于交错直流变换器的软启动电路，以实现较好的抑制交错直流变换器启动电流尖峰，降低了对交错直流变换器的功率损耗，提高了软启动的可靠性，扩展了交错直流变换器的应用前景。

本发明的第二个目的在于提出一种用于交错直流变换器的软启动电路的控制方法。

本发明的第三个目的在于提出一种计算机设备。

本发明的第四个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质。

为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种用于交错直流变换器的软启动电路，包括：辅助二极管da、辅助开关管sa、辅助电阻ra，其中，所述辅助二极管da的阳极与外部电路连接，所述辅助电阻ra的一端分别与外部电路连接，所述辅助开关管sa的漏极或集电极与所述辅助二极管da的阴极相连，所述辅助开关管sa的源极或发射极与所述辅助电阻ra的另一端相连。

为达上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种用于交错直流变换器的软启动电路的控制方法，包括：上述第一方面实施例所描述的软启动电路，所述控制方法包括以下步骤：在对所述软启动电路软启动的过程中，获取当前开关周期下导通的目标功率开关管；获取所述目标功率开关管的第一实时移相占空比，计算目标移相占空比和所述第一实时移相占空比的移相占空比差值；判断所述移相占空比差值是否大于0；若大于0，则根据所述移相占空比差值控制所述辅助开关管sa的第二实时移相占空比。

为达上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种计算机设备，包括：如上所述的软启动电路、存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求6-10中任一所述的方法。

为了实现上述目的，本发明第四方面实施例提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述实施例所述的方法。

本发明提供的实施例，至少包括如下有益技术效果：

提供了外部电路的软启动支路，在软启动过程中控制方法下的占空比步长自由度高，可根据实际情况自行调节，安全可靠，并且，软启动电路仅在软启动过程中工作，所述软启动电路辅助二极管da、辅助开关管sa和辅助电阻ra短时间内产生的功率损耗小，避免了继电器切电阻软启动后触点电阻带来的主功率回路损耗，软启动电路所使用元器件数目少，电路结构简单，软启动的整体技术方案易于实现，对交错直流变换器的启动电流尖峰有良好的抑制效果。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例所提供的一种用于交错直流变换器的软启动电路的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的用于交错直流变换器的软启动电路的控制方法的流程图；

图3是本发明提供的一种用于交错直流变换器的软启动电路及其控制方法工作模态ⅰ的等效电路图；

图4是本发明提供的一种用于交错直流变换器的软启动电路及其控制方法工作模态ⅱ的等效电路图；

图5是本发明提供的一种用于交错直流变换器的软启动电路及其控制方法工作模态ⅲ的等效电路图；

图6是本发明提供的一种用于交错直流变换器的软启动电路及其控制方法驱动波形；

图7是根据本发明另一个实施例的用于交错直流变换器的软启动电路的控制方法的流程图；

图8是本发明提供的一种用于交错直流变换器的软启动电路及其控制方法启动电流、输出电压仿真波形图；

图9是本发明提供的一种实施例仅运用程序实现软启动电流、输出电压仿真波形图；

图10是本发明提供的一种实施例直接开环启动电流、输出电压仿真波形图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

针对上述背景技术中提到的交错直流变换器产生启动电流尖峰的问题，本发明提出了一种用于交错直流变换器的软启动电路及其控制方法，本发明实施例的方法，相对于主要包括程序软启动、继电器切电阻软启动的交错直流变换器的传统软启动方式，可以降低功耗等，传统的软启动方式，交错直流变换器的程序软启动只能从占空比0.5开始，虽对尖峰有缓解作用，但是输入电流超标，对电路安全造成威胁；继电器切电阻软启动常应用于电机软启动，应用在交错直流变换器中，一旦切电阻后，继电器串入主功率电路中，由于继电器触点电阻较大，且交错直流变换器的输入电流大，产生很大的触点导通电阻损耗，长期运行将降低系统整体工作效率，不适用于交错直流变换器等高增益、高功率密度场合。

下面参考附图描述本发明实施例的用于交错直流变换器的软启动电路及其控制方法。

下面首先对本发明实施例的用于交错直流变换器的软启动电路进行说明。

图1是根据本发明一个实施例的用于交错直流变换器的软启动电路的结构示意图，如图1所示，软启动电路并联在所述外部电路第二电感l2两端，该用于交错直流变换器的软启动电路包括：辅助二极管da、辅助开关管sa、辅助电阻ra，其中，辅助二极管da的阳极与外部电路连接，辅助电阻ra的一端分别与外部电路连接，辅助开关管sa的漏极或集电极与辅助二极管da的阴极相连，辅助开关管sa的源极或发射极与辅助电阻ra的另一端相连。

其中，外部电路可以是适用于本发明实施例中的软启动电路的任意电路，比如是多相交错并联直流变换器、比如是多相交错双向直流变换器等。

在本发明的一个实施例中，外部电路是交错直流变换器，在一些可能的实施例中，继续参照图1，交错直流变换器，包括：直流输入源vin、第一电感l1、第二电感l2、第一功率开关管s1、第二功率开关管s2、升压单元、输出负载电阻rl，其中，

直流输入源vin的正极与第一电感l1的一端相连，直流输入源vin的负极与第一功率开关管s1和第二功率开关管s2的源极或发射极连接；

第一功率开关管s1的漏极或集电极与第一电感l1的另一端连接，第二功率开关管s2的漏极或集电极与第二电感l2的另一端连接；

第一电感l1的一端、第二电感l2的一端和直流输入源vin的正极均与辅助电阻ra的一端连接；

第二电感l2的另一端和第二功率开关管s2的漏极或集电极与辅助二极管da的阳极相连。

其中，继续参照图1，在本发明的一个实施例中，输出负载电阻rl与升压单元相连。在一些可能的示例中，升压单元的一端与第二功率开关管s2的漏极或集电极相连，升压单元的另一端与第一功率开关管s1的漏极或集电极相连。

综上，本发明实施例的用于交错直流变换器的软启动电路，提供了外部电路的软启动支路，在软启动过程中控制方法下的占空比步长自由度高，可根据实际情况自行调节，安全可靠，并且，软启动电路仅在软启动过程中工作，所述软启动电路辅助二极管da、辅助开关管sa和辅助电阻ra短时间内产生的功率损耗小，避免了继电器切电阻软启动后触点电阻带来的主功率回路损耗，软启动电路所使用元器件数目少，电路结构简单，软启动的整体技术方案易于实现，对交错直流变换器的启动电流尖峰有良好的抑制效果。

下面，参照具体的实施例描述本发明实施例的用于交错直流变换器的软启动电路的控制方法。

具体而言，图2是根据本发明一个实施例的用于交错直流变换器的软启动电路的控制方法的流程图，如图2所示，该用于交错直流变换器的软启动电路的控制方法包括：

步骤101，在对软启动电路软启动的过程中，获取当前开关周期下导通的目标功率开关管。

应当理解的是，当外部电路为上述图1中的电路时，为了给负载rl供电，第一功率开关管s1、第二功率开关管s2和软启动电路辅助开关管sa按照时序工作，包括三种工作模态，一种为如图3所示的外部电路第一功率开关管s1导通模态、外部电路第二功率开关管s2关断模态、软启动电路辅助开关管sa关断模态，一种为图4所示的外部电路第一功率开关管s1关断模态、外部电路第二功率开关管s2关断模态、软启动电路辅助开关管sa导通模态，一种为图5所示的外部电路第一功率开关管s1关断模态、外部电路第二功率开关管s2导通模态、软启动电路辅助开关管sa关断模态。

其中，三个开关管的工作时序图如图6所示，在每个开关周期的前半个周期，第一功率开关管s1导通，软启动电路辅助开关管sa在前半个周期(图中的i和ii)与第一功率开关管s1的移相占空比互补，在每个开关周期的后半个周期(图中的iii和iv)，第二功率开关管s2导通，软启动电路辅助开关管sa在后半个周期与第二功率开关管s2的移相占空比互补。

步骤102，获取目标功率开关管的第一实时移相占空比，计算目标移相占空比和第一实时移相占空比的移相占空比差值。

在本实施例中，获取目标功率开关管的第一实时移相占空比，计算目标移相占空比和第一实时移相占空比的移相占空比差值，其中，目标移相占空比可以理解为上述互补之和，保证在开关周期内，实时移相占空比处于一个目标值的状态。

步骤103，判断移相占空比差值是否大于0。

不难理解的是，通过判断移相占空比差值是否大于0，判断外部电路功率开关管s1、s2移相占空比是否增大到目标移相占空比，即是否不含死区时间。

步骤104，若大于0，则根据移相占空比差值控制辅助开关管sa的第二实时移相占空比。

在本实施例中，若大于0，则表明含死区时间，根据移相占空比差值控制辅助开关管sa的第二实时移相占空比，即此时辅助开关管sa的移相占空比为移相占空比差值。

在本发明的另一个实施例中，若等于0，则软启动电路软启动的过程结束，控制外部电路进入开环工作状态，即不再使用软启动电路提供移相占空比的补充。

在本发明的另一个实施例中，目标移相占空比为0.5，则如图7所示，在占空比初始化后的软启动过程中以开关周期为单位,外部电路功率开关管s1、s2移相占空比从极小占空比定步长增大至0.5，与前者互补的软启动电路辅助开关管sa两段移相占空比从接近0.5定步长减小到0的控制方法；当外部电路功率开关管s1、s2移相占空比增大到0.5，即不含死区时间以后，软启动过程结束，进入开环工作状态。

下面结合一个具体的实施例对本发明实施例的一种用于交错直流变换器的软启动电路及其控制方法进行功能验证和电路仿真验证。为验证本发明实施例的一种用于交错直流变换器的软启动电路及其控制方法，根据表1中的仿真参数搭建了仿真平台，图8、图9和图10为仿真结果。通过仿真结果可以发现，如图8所示为本发明提供的一种用于交错直流变换器的软启动电路及其控制方法启动电流、输出电压仿真波形，软启动过程中产生18a输入电流尖峰，电压平滑调节过程中的输出电压尖峰很小，峰值150v；如图9所示为本发明提供的一种实施例仅运用程序实现软启动电流、输出电压仿真波形，程序软启动会产生81a输入电流尖峰、234v输出电压尖峰；图10所示为本发明提供的一种实施例直接开环启动电流、输出电压仿真波形，直接开环启动会产生116a输入电流尖峰、332v输出电压尖峰。

表1

根据表1和搭建的仿真验证了所提出的一种用于交错直流变换器的软启动电路及其控制方法能够实现交错直流变换器的软启动。启动所需时间0.12s，启动时间短，软启动电路功率损耗小，且软启动电路在软启动时的工作状态不影响交错直流变换器的正常工作。如图8所示为通过这种方式输出电压在软启动过程中平滑建立，在进入开环工作状态时电感电流很快达到充放电平衡，不会产生较高的电流尖峰，起到抑制启动电流尖峰的作用。

综上，本发明实施例的用于交错直流变换器的软启动电路的控制方法，根据用于交错直流变换器的软启动电路及其控制方法相较于程序软启动和开环直接启动，能够有效降低启动电流尖峰、降低通路损耗，提高交错直流变换器运行可靠性。能够很好的应用于交错直流变换器中，使交错直流变换器实现可靠软启动。本发明所应用的电力电子变换器在新能源分布式发电系统中，具有广阔的应用前景。

为了实现上述实施例，本发明还提出一种计算机设备，包括：上述实施例中的软启动电路、处理器，以及用于存储所述处理器可执行指令的存储器。存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序被处理器执行时，实现上述实施例所描述的控制方法。

为了实现上述实施例，本发明还提出一种非临时性计算机可读存储介质，当所述存储介质中的指令由处理器被执行时，使得能够执行上述实施例所描述的控制方法。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

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至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。