[發明專利]一種三電平Boost變換器中點電位平衡控制方法

在審

• 申請號: 201711296421.3
• 申請日: 2017-12-08
• 公開（公告）號: CN107994795A
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 杜會卿;楊杰;苗春暉;沈杰;楊森;蔡宗舉;孫雅閣;孫科
• 申請（專利權）人: 中國船舶工業系統工程研究院
• 主分類號: H02M7/487
• 分類號: H02M7/487
• 代理公司: 中國船舶專利中心11026
• 代理人: 張東雁

技術領域

本發明是一種三電平Boost變換器中點電位平衡控制方法，涉及多電平變換領域，特別涉及一種三電平Boost變換器中點電位平衡控制方法。

背景技術

三電平Boost變換器由Meynard T.A.和Foch H.于1992年提出的飛跨電容鉗位型多電平逆變器演化而來，能夠有效降低開關管電壓應力，減小開關損耗和反向恢復損耗，有助于改善系統動態性能、降低諧波畸變并減小電感、電容的體積重量以提高系統的功率密度，在中大功率開關電源中擁有廣闊的應用前景。但在實際應用中，三電平Boost變換器兩路輸出濾波電容和等效串聯電阻以及輸出負載存在一定差異，控制電路、驅動電路以及開關管工作特性也不完全一致，因此，輸出中點電位將發生一定偏移，從而導致開關管電壓應力不相等，影響系統安全可靠工作。

為保證系統正常可靠工作，需要采取一種有效的中點電位平衡控制方法。 Hung-Chi Chen基于三電平Boost型功率因數校正器，提出一種無需引入額外傳感器的偏差電壓自動均衡方法，整個控制僅包括輸出電壓控制環，但該策略需要數秒鐘才能夠實現電容電壓自動平衡，動態響應較慢。Hung-Chi Chen進一步提出一種基于升壓電感電流檢測的均壓控制方法，通過恰當地設置電感電流采樣點，可以實現平均電感電流和不平衡電壓的檢測，但這種方法對采樣精度和準確度要求較高，采樣誤差可能導致控制出現紊亂，造成系統崩潰。因此，為追求控制的準確性、快速性和可靠性，大多學者仍會通過設置兩個電容電壓傳感器，以獲取快速精準的輸出電壓和偏差電壓信息，進而按照圖1所示的雙環(輸出電壓環和偏差電壓環)框圖進行控制，其中：V_ob＝u_cb1+u_cb2為實際輸出電壓，V_ob-ref為輸出電壓參考值，u_ctrl為輸出電壓控制信號；Δu_cb＝u_cb1-u_cb2為實際偏差電壓，Δu_cb-ref為偏差電壓參考值(通常設置為0)，Δu_ctrl為偏差電壓控制信號；控制信號依次通過邏輯處理單元與脈沖產生單元，發出脈沖信號G_Qb1和G_Qb2，進而驅動開關管Q_b1和Q_b2進行斬波工作。

根據脈沖產生方式的不同，可將現有三電平Boost變換器中點電位平衡控制方法歸類為占空比獨立控制與脈沖相位延遲控制。其中，占空比獨立控制方法雖能對偏差電壓進行調節，但偏差電壓控制量的引入改變了三電平Boost變換器的輸出特性，且存在復雜的耦合關系，不利于控制器設計；而脈沖相位延遲控制方法能夠在不改變系統輸出特性的基礎上對偏差電壓進行有效調節，但以往方法中并未建立系統精確的數學模型，缺乏對關鍵控制參數的指導設計，導致控制準確度和動態響應速度不高。

發明內容

本發明的目的是提供一種三電平Boost變換器中點電位平衡控制方法，以高輸出電壓環的動態性能，并保證偏差電壓環的無靜差調節。

.一種三電平Boost變換器中點電位平衡控制方法，其特征在于，包括下列步驟，

步驟一，在三電平Boost變換器輸出濾波電容器C_b1上設置電壓傳感器 VT_incap1，檢測的數據為電容電壓u_cb1，在輸出濾波電容器C_b2之上設置電壓傳感器 VT_incap2，檢測的數據為電容電壓u_cb2；

步驟二，在三電平Boost變換器上連接一個控制器，控制器包括AD調理電路、DSP、FPGA和驅動電路；控制器的兩個輸入端分別與電壓傳感器VT_incap1和電壓傳感器VT_incap2連接，采樣信號電容電壓u_cb1和電容電壓u_cb2進入控制器，控制器的輸出信號為連接到兩開關管Q_b1和Q_b2的驅動脈沖；