[發明專利]飛跨電容的電壓平衡控制裝置與電壓平衡控制方法

有效

• 申請號: 201610256547.7
• 申請日: 2016-04-22
• 公開（公告）號: CN107306083B
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發明（設計）人: 沈國橋;徐國金;章進法
• 申請（專利權）人: 臺達電子企業管理（上海）有限公司
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07
• 代理公司: 隆天知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 李昕巍;章侃銥

本發明為一種飛跨電容的電壓平衡控制裝置與電壓平衡控制方法，是利用電流方向預估單元從飛跨電容多電平變換電路中獲得任一所選的飛跨電容的電壓變化量，且接收所選飛跨電容的相鄰兩個開關的反饋信號，并將調節周期內所產生的反饋信號作平均或累計運算而輸出運算結果，取電壓變化量與運算結果相乘及/或相除的符號作為電流方向的預估，如此一來，本發明的飛跨電容多電平變換電路的飛跨電容的電壓平衡便可實現。

技術領域

本發明涉及一種電壓平衡控制裝置，特別涉及一種飛跨電容的電壓平衡控制裝置與電壓平衡控制方法。

背景技術

近年來，對大功率變流裝置的需求呈現出快速增長的趨勢。其中，多電平變換電路因具有降低開關元件電壓應力的顯著特點，得以快速發展并較多地應用在高壓大功率領域。多電平變換電路的優點還體現在濾波電感電壓的高頻化和低電壓，使濾波電感得以小型化并減小損耗。此外，多電平變換電路還具有電壓(dv/dt)變化率低，和共模電壓波動小等優點。

目前多電平變換電路應用主要有三種結構分別為：二極管鉗位型、級聯型和飛跨電容型。其中，二極管鉗位型多電平變換電路具有直流母線側的各電容的電壓均壓困難和電壓應力不均勻等缺點。級聯型多電平變換電路則具有需要多個不共地的獨立直流電源的缺點。而飛跨電容型的多電平變換電路與前兩種相比，由于其電路簡單、元件數量少，并有大量的冗余開關狀態，故具有更容易向多電平發展的優良特點。

然對于飛跨電容的多電平變換電路而言，飛跨電容的電壓平衡是一個必須予以解決的關鍵點。請參閱圖1，是為傳統飛跨電容型的多電平變換電路的電路結構圖。如圖所示，一般而言，飛跨電容多電平變換電路包含多個飛跨電容、從一直流正極依次串接到一直流負極的偶數個開關和與偶數個開關所串接的中間點連接的一濾波電感，每一飛跨電容的兩端是分別跨接至串接中間點兩側的對應相鄰兩個開關的連接點。因而，傳統的飛跨電容p+1電平變換電路可視為由p個基本單元b和濾波電感所組成(例如圖1所示，是由四個基本單元b和濾波電感L_f組成五電平變換電路)，其中，每一基本單元b包含由一個飛跨電容所構成的輸入端和由兩個開關所構成的輸出端(例如由飛跨電容C₁與開關Q₁、開關Q_1b所組成的基本單元、由飛跨電容C₂與開關Q₂、開關Q_2b所組成的基本單元、由飛跨電容C₃與開關Q₃、開關Q_3b所組成的基本單元，及由飛跨電容C₄與開關Q₄、開關Q_4b所組成的基本單元)。最遠離濾波電感的基本單元b的輸入端(電壓輸入端/高壓側)是與高電壓直流母線電連接而接收輸入電壓V₁，而其輸出端連接至下一個基本單元b的輸入端，其后的基本單元b的輸入端均依次連接到上一個基本單元b的輸出端，各基本單元b以此方式完成前后級聯。其中，相互級聯的每一基本單元b的飛跨電容是并聯連接于各自的基本單元b的輸入端，并與上下兩個互補導通的開關的一端連接，兩個開關的另一端連接至下一個基本單元b的輸入端，而最后一個基本單元b的輸出端則與濾波電感L_f的一端連接。每一基本單元b通過各自開關的切換作動而在各自的輸出端(相對于高壓側的中點或正負端的電壓輸出端)獲得多個直流電平，并通過濾波電感L_f、濾波電容C_f進行低通濾波而輸出輸出電壓V₂至低壓側。