三相交错并联双向DC-DC变换器在电感不等时的电流重构方法

本发明属于电子电路，涉及一种三相交错并联双向dc-dc变换器在电感不等时的电流重构方法。

背景技术：

1、多相交错并联双向dc-dc变换器因输出电流纹波小、开关应力低等优势在储能、新能源汽车领域应用广泛，但由于设计误差、制造工艺、器件老化等因素会造成各相电流不均衡，从而导致电感磁饱和、开关管热应力分配不均，进而限制了变换器的输出功率，降低了变换器的可靠性，严重时可能损坏变换器，因此均流控制对交错并联变换器安全可靠运行至关重要。常规均流控制方法需要在每相支路设置一个电流传感器得到每一相的平均电流，以实现对每相电流的闭环控制，但增加的电流传感器会导致系统成本增加、功率密度下降；有文献提出了不使用电流传感器的控制方法，但该控制方法过于复杂，系统响应时间较长，变换器控制效果不稳定；因此，使用单电流传感器的控制方法受到了很多学者的关注，该控制方法用直流支路电流重构出相电流平均值，但忽略了实际应用中由于制造工艺等原因造成电感不等的情况，使得重构误差较大，均流效果较差。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种三相交错并联双向dc-dc变换器在相电感不等时使用单电流传感器的新型电流重构方法，实现全占空比范围的精确电流重构，根据直流支路电流准确得到每一相的电感电流平均值，为均流控制提供相平均电流参考。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种三相交错并联双向dc-dc变换器在电感不等时的电流重构方法，其中三相交错并联双向dc-dc变换器包括开关管s1、s2和s3，电感l1、l2和l3，以及一个设置在直流支路上的电流传感器。

4、具体地，该方法在一个周期内设有t1～t6六个采样点，每个采样点均对应三角载波的一个波峰或波谷；该方法根据同一时刻开关管的最大导通个数将占空比d分为三个区域，分别为d＜1/3、1/3≤d＜2/3和d≥2/3。

5、在区域d＜1/3内，同一时刻最多只有一个开关管导通，则直接以直流支路电流采样值作为重构的相电流平均值。

6、在区域1/3≤d＜2/3内，同一时刻最多只有两个开关管同时导通，且存在某一时刻只有一个开关管导通的情况，因此同样可将直流支路电流采样值作为重构的相电流平均值。

7、在区域d≥2/3内，同一时刻最多有三个开关管导通，至少有两个开关管导通，此时无法直接将直流支路电流采样值作为相电流平均值，因此如下方法重构相电流平均值：

8、1)将相邻两个采样点的直流支路电流采样值作差，得到每相的重构电流，该重构电流包括相电流平均值与差异值，该差异值为多个不同相电流重构偏差之和；

9、2)计算直流支路电流的斜率，根据直流支路电流斜率计算每相电流的斜率，从而结合变换器的输入电压、输出电压和每相电流的斜率计算得到每相的电感值；

10、3)根据电感值构建不同相的相电流重构偏差之间的关系，得到基于各相电感值、输入电压、输出电压和开关周期的差异值，即重构得到相电流平均值。

11、进一步地，在步骤1)中，所述的重构电流的表达式具体为：

12、

13、式中，表示重构电流，idc[ta],a＝1,2,3,4,5,6表示直流支路电流采样值，表示相电流平均值，表示相电流重构偏差。

14、进一步地，在步骤2)中，直流支路电流斜率的计算为：

15、

16、

17、

18、式中，和分别表示采样点t2、t4和t6处的直流支路电流斜率，idc[td＝cn],n＝1,2,3表示开关管sn的载波信号与占空比信号相等处的直流支路电流值；

19、采样点t2、t4和t6处的直流支路电流斜率还表示为：

20、

21、式中，表示电感ln上电流的斜率；在一个周期内，每一相的电感电流的上升斜率在不同采样点相等：

22、

23、则得到每相电流的斜率为：

24、

25、结合输入、输出电压计算每相的电感值：

26、

27、式中，vin、vbatt分别表示输入、输出电压。

28、进一步地，在步骤3)中，相电流重构偏差具有如下关系：

29、

30、式中，ts表示开关周期；

31、则重构电流表达式转化为：

32、

33、则相电流平均值表示为：

34、

35、通过上式即可得到重构的相电流平均值。

36、本发明的有益效果在于：本发明针对在三相电感不等时无法使用单电流传感器得到三相交错并联双向dc-dc变换器的精确相平均电流，提出了新型电流重构方法，相比于传统电流重构方法，本发明考虑了电感参数差异对电流重构的影响，补偿了因电感参数差异带来的重构偏差，能精确得到全占空比范围的电感电流平均值，且本发明只在直流支路使用一个电流传感器，能减少系统成本、增加功率密度。

37、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.一种三相交错并联双向dc-dc变换器在电感不等时的电流重构方法，所述三相交错并联双向dc-dc变换器包括开关管s1、s2和s3，电感l1、l2和l3，以及一个设置在直流支路上的电流传感器，其特征在于：该方法在一个周期内设有t1～t6六个采样点，每个采样点均对应三角载波的一个波峰或波谷；该方法根据同一时刻开关管的最大导通个数将占空比d分为三个区域，分别为d＜1/3、1/3≤d＜2/3和d≥2/3；

2.根据权利要求1所述的电流重构方法，其特征在于：在步骤1)中，所述的重构电流的表达式具体为：

3.根据权利要求1所述的电流重构方法，其特征在于：在步骤2)中，直流支路电流斜率的计算为：

4.根据权利要求1所述的电流重构方法，其特征在于：在步骤3)中，相电流重构偏差具有如下关系：

技术总结
本发明涉及一种三相交错并联双向DC‑DC变换器在电感不等时的电流重构方法，属于电子电路技术领域。该方法根据同一时刻开关管的最大导通个数将占空比分为D＜1/3、1/3≤D＜2/3和D≥2/3三个区域；区域D＜1/3、1/3≤D＜2/3内，重构相电流平均值为直流支路电流采样值；区域D≥2/3内，取相邻两个采样点的直流支路电流采样差值，得到包括相电流平均值与差异值的每相重构电流；根据采样点的直流支路电流计算直流支路电流的斜率，根据直流支路电流斜率计算每相电流的斜率，从而结合变换器的输入电压、输出电压和每相电流的斜率计算得到每相的电感值，根据电感值构建不同相的相电流重构偏差之间的关系，得到基于各相电感值、输入电压、输出电压和开关周期的差异值，即重构得到相电流平均值。

技术研发人员：王涛,赵丛森
受保护的技术使用者：重庆理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15