[发明专利]一种基于多变量控制技术的车载电源PWM控制策略

说明书

本发明公开了一种基于多变量控制技术的车载电源PWM控制策略，属于电力技术领域，包括建立采用了辅助电流源网络的移相全桥变换器拓扑电路，通过输出电压电流双环PID控制环路计算得到超前桥臂与滞后桥臂的移相角，通过辅助电流环PID控制环路计算得到开关管的导通角，从而既调节输出功率，又解决了对辅助电流源无功电流量的控制，提高系统工作效率的技术问题，本发明解决了采用移相全桥拓扑的车载电源在使用辅助电流源实现轻负载条件下滞后桥臂实现ZVS所需无功电流量不受控制的问题，既利用辅助电流源电路实现了轻载条件下滞后桥臂的ZVS，又可以调节不同负载条件下辅助电流源无功电流量，提升了车载电源的工作效率。

技术领域

本发明属于电力技术领域，特别涉及一种基于多变量控制技术的车载电源PWM控制策略。

背景技术

随着能源危机与环境污染的加剧，新能源汽车作为替代传统汽车的节能环保型交通工具，开始被越来越多的消费者认可。纯电动汽车(EV)作为新能源汽车中最重要的一种，也被认为是未来汽车的发展方向。为了满足汽车中不同电压等级负载的要求，目前电动汽车的电气系统包含高压系统和低压系统两部分。高压系统中由高压动力电池给电机，空调系统等提供电能；低压系统中则由低压蓄电池给仪表盘，雨刮器等汽车低压负载提供电能。高压动力电池和低压蓄电池之间通过一级车载辅助充电DC-DC变换器连接，用于高压电池给低压负载的供电，同时给低压电池充电。

由于高压动力电池的电压等级为400V，而低压蓄电池电压等级为12V，因而要求DC-DC变换器能够实现高低压的电气隔离；为了加快电池的充电效率，要求DC-DC变换器具备输出大电流的能力；同时由于蓄电池的充电过程大多伴随着它的使用，变换器将较多地工作于轻载情况下，因而要求变换器拥有较高的轻载效率。常见的隔离型DC-DC拓扑主要有双管正激拓扑、半桥拓扑、全桥拓扑等。其中，全桥拓扑由于其更小的电压电流应力，更小的磁元件尺寸，更高的磁芯利用率，更灵活多变的控制方式，以及相同条件下能够输出更大功率的特点，更适合应用于车载辅助充电DC-DC中。而移相全桥作为全桥拓扑的一种，除了拥有上述全桥电路的优点外，还能够实现原边开关管的零电压开关(ZVS)，有利于提高变换器的开关频率，效率和功率密度，降低开关噪声，同时控制简单，在目前的中高功率场合得到了广泛的应用。

传统全桥转换器的主要问题是轻负载条件下ZVS的损失，该问题恶化了该特定应用的转换器的效率和性能。无源非对称辅助电路可以有效地解决这个问题而不会有太多地复杂性。

如图1所示为一种采用了辅助电流源网络的移相全桥变换器拓扑。它由辅助电感L_a、辅助电容C_a1和C_a2组成。辅助电感L_a与桥臂中点相连。C_a1和C_a2为分压电容。通过分析可知：当Q₂导通时，电感L_a两端的电压为-V_Ca1，使得i_La线性减小；当Q₄导通时，电感L_a两端的电压为V_Ca2，使得i_La线性增加。辅助电路提供无功电流以保证ZVS操作，与负载条件无关。

虽然该辅助电流源电路能够扩展实现ZVS的负载范围，但由于每个开关管的占空比均为50％使得辅助电流源无功电流量不受控制，无功电流量对于不同的工作范围是恒定的。这降低了转换器的效率，特别是对于轻负载的条件下。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于多变量控制技术的车载电源PWM控制策略，解决了对辅助电流源无功电流量的控制，提高系统工作效率的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于多变量控制技术的车载电源PWM控制策略，包括以下步骤：