[發明專利]一種應用于AC-DC矩陣變換器的控制系統及方法

有效

• 申請號: 201810529293.0
• 申請日: 2018-05-29
• 公開（公告）號: CN108631622B
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 張政權;羅集睿
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H02M7/217
• 分類號: H02M7/217
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙) 51229
• 代理人: 何凡;李蕊

1.一種應用于AC-DC矩陣變換器的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、采用鎖相環采集AC-DC矩陣變換器的三相輸入電壓，并對三相輸入電壓進行工作區間分配，并確定每個區間的最大幅值電壓U_P、最小幅值電壓U_M和中間幅值電壓U_N；

S2、根據每個區間的最大幅值電壓U_P、最小幅值電壓U_M和中間幅值電壓U_N計算高線電壓V_n和低線電壓V_m；

S3、在鎖相環中計算電荷分析比例K；

S4、根據電荷分析比例K、高線電壓V_n和低線電壓V_m計算三相輸入電壓的等效直流電壓V_in；

S5、采用負載電壓采集單元采集AC-DC矩陣變換器后接的負載的電壓V_o；

S6、比較V_in和V_o的大小，若V_in>V_o，則進入步驟S7，否則進入步驟S8；

S7、選擇Buck模式對AC-DC矩陣變換器進行控制，在控制參數計算單元中計算控制時間參數，并生成開關控制信號，進入步驟S9；

S8、選擇Boost模式對AC-DC矩陣變換器進行控制，在控制參數計算單元中計算控制時間參數，并生成開關控制信號，進入步驟S9；

S9、通過開關控制信號控制開關矩陣中各個開關的閉合與斷開，從而實現對AC-DC矩陣變換器主電路的控制；

所述步驟S7具體為：

選擇Buck模式對AC-DC矩陣變換器進行控制，Buck模式采用低線電壓V_m、高線電壓V_n以及0電壓共同參與的組合方式完成激勵，共分為六個工作過程：第1個工作過程采用高線電壓V_n進行激勵；第2個工作過程采用低線電壓V_m進行激勵；第3個工作過程采用0電壓進行激勵；第4個工作過程采用高線電壓-V_n進行激勵；第5個工作過程采用低線電壓-V_m進行激勵；第6個工作過程采用0電壓進行激勵；

采用作工作狀態平面圖的方法得到Buck模式下各個工作過程的控制時間參數：

以AC-DC矩陣變換器的諧振電容的電壓V_Cr作為橫軸，以AC-DC矩陣變換器的諧振電感的電流i_Lr及其特征阻抗Z_r的乘積作為縱軸建立平面坐標系，在橫軸上定義其中n為變壓器變比；分別以O₁，O₂，O₃為圓心，以R₁，R₂，R₃為半徑作相互連接的六段圓弧，分別對應表示Buck模式的六個工作過程；

根據工作狀態平面圖中的幾何關系求解半徑R₁，R₂，R₃，具體公式為：

其中V_cr1表示Buck模式下的諧振電容電壓，計算公式為：

其中P_o為負載輸出功率，T為諧振電路的諧振周期，C_r為諧振電容值；

根據半徑R₁，R₂，R₃計算前3個工作過程對應圓弧的相位角θ₁，θ₂，θ₃，具體公式為：

其中V₁為第1個工作過程結束后的諧振電容電壓，計算公式為：

V₂為第2個工作過程結束后的諧振電容電壓，計算公式為：

根據相位角θ₁，θ₂，θ₃計算前3個工作過程的控制時間參數t₁，t₂，t₃，具體公式為：

其中ω為諧振電路的諧振頻率，L_r為諧振電感值，C_r為諧振電容值；

設定第1個工作過程時間為t₁，第2個工作過程時間為t₂，第3個工作過程時間為t₃，第4個工作過程時間為t₁，第5個工作過程時間為t₂，第6個工作過程時間為t₃，生成開關控制信號；

所述步驟S8具體為：

選擇Boost模式對AC-DC矩陣變換器進行控制，Boost模式采用低線電壓V_m和高線電壓V_n共同參與的組合方式完成激勵，共分為六個工作過程：第1、2個工作過程均采用高線電壓V_n進行激勵；第3個工作過程采用低線電壓V_m進行激勵；第4、5個工作過程均采用高線電壓-V_n進行激勵；第6個工作過程采用低線電壓-V_m進行激勵；

采用作工作狀態平面圖的方法得到Boost模式下各個工作過程的控制時間參數：

以AC-DC矩陣變換器的諧振電容的電壓V_Cr作為橫軸，以AC-DC矩陣變換器的諧振電感的電流i_Lr及其特征阻抗Z_r的乘積作為縱軸建立平面坐標系，在橫軸上定義其中n為變壓器變比；分別以O₁，O₂，O₃為圓心，以R₁，R₂，R₃為半徑作相互連接的六段圓弧，分別對應表示Boost模式的六個工作過程；

根據工作狀態平面圖中的幾何關系求解半徑R₁，R₂，R₃，具體公式為：

其中V_cr2表示Boost模式下的諧振電容電壓，計算公式為：

其中P_o為負載輸出功率，T為諧振電路的諧振周期，C_r為諧振電容值；

根據半徑R₁，R₂，R₃計算前3個工作過程對應圓弧的相位角θ₁，θ₂，θ₃，具體公式為：

其中V₁為第1個工作過程結束后的諧振電容電壓，計算公式為：

V₂為第2個工作過程結束后的諧振電容電壓，計算公式為：

根據相位角θ₁，θ₂，θ₃計算前3個工作過程的控制時間參數t₁，t₂，t₃，具體公式為：

其中ω為諧振電路的諧振頻率，L_r為諧振電感值，C_r為諧振電容值；

設定第1個工作過程時間為t₁，第2個工作過程時間為t₂，第3個工作過程時間為t₃，第4個工作過程時間為t₁，第5個工作過程時間為t₂，第6個工作過程時間為t₃，生成開關控制信號。