[發明專利]隔離式雙向三電平變換器的漏感電流直接斜率控制方法

有效

• 申請號: 201410091564.0
• 申請日: 2014-03-13
• 公開（公告）號: CN103872920A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 沙德尚;徐令宇;陳泓宇
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M7/5387;H02M7/219
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1.一種隔離式雙向三電平變換器的漏感電流直接斜率控制方法，其特征在于：控制方法基于隔離式雙向三電平變換器拓撲，主電路低壓側由具有有源嵌位電路的電流型半橋拓撲構成，高壓側采用三電平半橋拓撲；

隔離式雙向三電平變換器的漏感電流直接斜率控制方法包括兩個控制環路，脈寬調制（PWM）控制環和移相控制環；具體控制步驟如下：

步驟一：移相控制環通過電壓傳感器采樣高壓側電壓V₂的值作為移相控制環的電壓反饋，計算電壓給定值V_ref與V₂的差值，該差值作為電壓環PI調節器的輸入，電壓環PI調節器輸出作為電流環的給定；

步驟二：通過電流傳感器采樣低壓側電流I_in的值作為移相控制環的電流反饋，計算電流環給定值與I_in的差值作為電流環PI調節器的輸入，電流環PI調節器輸出作為副邊開關管載波與基準載波的移相角Φ；

步驟三：通過數字運算控制器（DSP）生成基準載波V_tr1，依據其數據手冊，設定開關頻率為50kHz，初始相位為0；同時產生與基準載波相位差180°，開關頻率相同的交錯載波V_tr2；

步驟四：基準載波的相位與移相控制環輸出的移相角Φ疊加得到相位為Φ，開關頻率與基準載波相同（50kHz）的載波V_tr3；設定載波V_tr3的比較值為V_tr3峰值的一半，即V_{tr3（peak）}/2，從而得到副邊開關的驅動信號，其占空比0.5，其與原邊開關管的移相角為Φ；

步驟五：在復雜可編程邏輯器件（CPLD）中，通過將驅動信號S₁、S₂、Q_2a邏輯與同S₃、S₄、Q_1a邏輯與的結果進行或運算，從而得到一個邏輯控制信號，輸入數字運算控制器（DSP）作為DSP在每一個開關周期內開始采樣漏感電流的觸發信號；

步驟六：DSP接收到控制信號變為高電平時，開始通過電流傳感器和內部數模轉換器（AD）進行對漏感電流在一個開關周期內的第一次采樣，記為_iLr1；

步驟七：完成第一次采樣后，DSP進行二十分之一的開關周期的延遲計時（在50khz的開關頻率下為1us），之后對漏感電流進行第二次采樣，記為_iLr2；

步驟八：通過i_Lr1減去i_Lr2作為漏感電流斜率輸入PWM控制環的PI調節器，輸出作為載波V_tr1和V_tr2的比較值，其中與V_tr1比較產生的控制信號作為開關管Q₁的PWM驅動信號，反向后作為開關管Q_1a的PWM驅動信號；與V_tr2比較產生的控制信號作為開關管Q₂的PWM驅動信號，反向后作為開關管Q_2a的PWM驅動信號；

步驟九：變換器上電后，數字控制器依據設定的控制方法產生原副邊開關管的PWM信號，變換器開始工作：PWM控制環通過電流傳感器采樣變壓器漏感電流，在開關周期級時間內計算漏感電流斜率，按照步驟五至步驟八調節原邊開關管的占空比，控制變壓器原邊電壓，實現原副邊電壓匹配，從而使得漏感電流斜率在功率傳遞階段為零，有效地降低了電路的電流應力和環流損耗，提高了變壓器功率密度和效率；

步驟十：當副邊電壓低于給定時，原邊開關管信號相位超前于副邊開關管，變換器工作在升壓(boost)模式,實現副邊電壓的穩定；當副邊電壓高于給定時，移相控制的外環調節器飽和，此時原邊開關管信號相位滯后于副邊開關管，此時變壓器工作在降壓(buck)模式，實現原邊恒流源輸出。

2.如權利要求1所述的一種隔離式雙向三電平變換器的漏感電流直接斜率控制方法，其特征在于：所述雙向三電平變換器拓撲的連接關系如下：

低壓側輸入端蓄電池（V₁），其正電壓側分別接電感L₁和L₂的一端；L₁的另一端（定義為a點）接一只MOSFET開關管（Q_2a）的源極和一只MOSFET開關管（Q₂）的漏極；開關管Q_2a的漏極接30uf鉗位電容（C_d1）的一端，電容另一端和開關管Q₂的源極接蓄電池的負電壓側；同樣，L₂的另一端接一只MOSFET開關管（Q_1a）的源極和一只MOSFET開關管（Q₁）的漏極；開關管Q_1a的漏極接30uf鉗位電容（C_d2）的一端，電容另一端和開關管Q₁的源極接蓄電池的負電壓側；L₁不與蓄電池正電壓側相接的一端（a點）連接漏感（L_r）一端，L_r另一端接變壓器原邊側一端（定義為a₁點）；L₂不與蓄電池正電壓側相接的一端（b點）接變壓器原邊側另一端（定義為b₁點）；

副邊高壓側，開關管S₁，S₂，S₃，S₄串聯，即S₁的漏極接高壓側輸出的正相端，S₁的源極與S₂的漏極相接，S₂的源極與S₃的漏極相接（定義為c點），S₃的源極與S₄的漏極相接，S₄的源極接輸出的負電壓側；c點接變壓器副邊與a₁為同名端的一端；變壓器副邊另一端（定義為d點）接二極管D₁的陽極和二極管D₂的陰極，D₁的陰極接鉗位電容C_c的一端和S₁的源極，D₂的陽極接鉗位電容C_c的另一端和S₃的源極；高壓側輸出的正相接C₃的一端，另一端接C₄的一端和變壓器的d點，C₄的另一端接輸出的負相側。

所述開關管為存在反并聯的體二極管和漏源極的寄生電容的開關管。