[發明專利]無環流單相雙Buck全橋逆變器及其控制策略

有效

• 申請號: 201910347284.4
• 申請日: 2019-04-24
• 公開（公告）號: CN110165917B
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 楊帆;葛紅娟;李言;于兆龍;吳紅飛
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種雙Buck全橋逆變器的單極性調制無環流控制策略，其特征在于：

雙Buck全橋逆變器由直流輸入電壓源V_in、第一開關管(S₁)、第二開關管(S₂)、第三開關管(S₃)、第四開關管(S₄)、第一二極管(D₁)、第二二極管(D₂)、第三二極管(D₃)、第四二極管(D₄)、正向濾波電感(L_P)、反向濾波電感(L_N)、公用濾波電感(L_f)和負載(Z)構成；其中，直流輸入電壓源(V_in)的正極連于第一開關管(S₁)的集電極、第二開關管(S₂)的集電極、第三二極管(D₃)的陰極和第四二極管(D₄)的陰極；第一開關管(S₁)的發射極連于正向濾波電感(L_P)的一端和第一二極管(D₁)的陰極；正向濾波電感(L_P)的另一端連于第三二極管(D₃)的陽極、公用濾波電感(L_f)的一端和第三開關管(S₃)的集電極；公用濾波電感(L_f)的另一端連于負載(Z)的一端；第二開關管(S₂)的發射極連于反向濾波電感(L_N)的一端和第二二極管(D₂)的陰極；反向濾波電感(L_N)的另一端連于第四二極管(D₄)的陽極、第四開關管(S₄)的集電極和負載(Z)的另一端；直流輸入電壓源(V_in)的負極連于第一二極管(D₁)的陽極、第三開關管(S₃)的發射極、第四開關管(S₄)的發射極和第二二極管(D₂)的陽極；

其控制系統由電壓外環和電流內環組成；輸出電壓采樣值v_os與電壓基準v_ref比較得到電壓誤差值；電壓誤差值經過電壓外環調節器G_V處理，輸出為公用濾波電感(L_f)的電流基準i_{Lf_ref}；公用濾波電感(L_f)電流的采樣值i_Lfs與電流基準i_{Lf_ref}比較得到電流誤差值；電流誤差值經過電流內環調節器G_I處理，輸出為調制波v_r；這里的電壓調節器G_V和電流調節器G_I為比例-積分調節器、或比例-積分-微分調節器、或比例-諧振調節器；

公用濾波電感(L_f)的電流基準i_{Lf_ref}與0比較，當i_{Lf_ref}＞＝0時，輸出信號I_P為邏輯高電平1，輸出信號I_N為邏輯低電平0；當i_{Lf_ref}＜0時，輸出信號I_N為邏輯高電平1，輸出信號I_P為邏輯低電平0；調制方式采用單極性調制；v_TriP為正三角波，v_TriN為負三角波，二者幅值相等；

在公用濾波電感(L_f)的電流基準i_{Lf_ref}＞＝0時，第二開關管(S₂)和第三開關管(S₃)保持關斷，第一開關管(S₁)和第四開關管(S₄)調制工作：

當v_r＞＝v_TriP時，第一開關管(S₁)和第四開關管(S₄)導通，橋臂中點A_P和B_P之間的電壓為V_in；

當v_TriP＞v_r＞＝0時，第四開關管(S₄)和第一二極管(D₁)導通，橋臂中點A_P和B_P之間的電壓為0；

當0＞v_r＞＝v_TriN時，第一開關管(S₁)和第四二極管(D₄)導通，橋臂中點A_P和B_P之間的電壓為0；

當v_TriN＞v_r時，第一開關管(S₁)和第四開關管(S₄)均不導通，第一二極管(D₁)和第四二極管(D₄)導通，橋臂中點A_P和B_P之間的電壓為-V_in；

在公用濾波電感(L_f)的電流基準i_{Lf_ref}＜0時，第一開關管(S₁)和第四開關管(S₄)保持關斷，第二開關管(S₂)和第三開關管(S₃)調制工作：

當v_r＞＝v_TriP時，第二開關管(S₂)和第三開關管(S₃)均不導通，第二二極管(D₂)和第三二極管(D₃)導通，橋臂中點A_N和B_N之間的電壓為V_in；

當v_TriP＞v_r＞＝0時，第二開關管(S₂)和第三二極管(D₃)導通，橋臂中點A_N和B_N之間的電壓為0；

當0＞v_r＞＝v_TriN時，第三開關管(S₃)和第二二極管(D₂)導通，橋臂中點A_N和B_N之間的電壓為0；

當v_TriN＞v_r時，第二開關管(S₂)和第三開關管(S₃)導通，橋臂中點A_N和B_N之間的電壓為-V_in。

2.一種雙輸入雙Buck全橋逆變器的單極性調制無環流控制策略，其特征在于：

所述一種雙輸入雙Buck全橋逆變器由高壓直流輸入電壓源V_H、低壓直流輸入電壓源V_L、第一開關管(S₁)、第二開關管(S₂)、第三開關管(S₃)、第四開關管(S₄)、第五開關管(S₅)、第六開關管(S₆)、第一二極管(D₁)、第二二極管(D₂)、第三二極管(D₃)、第四二極管(D₄)、第五二極管(D₅)、第六二極管(D₆)、正向濾波電感(L_P)、反向濾波電感(L_N)、公用濾波電感(L_f)和負載(Z)構成；其中，所述高壓直流輸入電壓源(V_H)的正極連于第一開關管(S₁)的集電極、第六二極管(D₆)的陰極、第五二極管(D₅)的陰極和第二開關管(S₂)的集電極；第一開關管(S₁)的發射極連于第一二極管(D₁)的陰極和第三開關管(S₃)的集電極；第三開關管(S₃)的發射極連于正向濾波電感(L_P)的一端和第三二極管(D₃)的陰極；正向濾波電感(L_P)的另一端連于公用濾波電感(L_f)的一端、第六二極管(D₆)的陽極和第六開關管(S₆)的集電極；公用濾波電感(L_f)的另一端連于負載(Z)的一端；第二開關管(S₂)的發射極相連于第二二極管(D₂)的陰極和第四開關管(S₄)的集電極；第四開關管(S₄)的發射極連于反向濾波電感(L_N)的一端和第四二極管(D₄)的陰極；反向濾波電感(L_N)的另一端連于第五二極管(D₅)的陽極、第五開關管(S₅)的集電極和負載(Z)的另一端；低壓直流輸入電壓源(V_L)的正極連于第一二極管(D₁)的陽極和第二二極管(D₂)的陽極；高壓直流輸入電壓源(V_H)的負極相連于低壓直流輸入電壓源(V_L)的負極、第三二極管(D₃)的陽極、第六開關管(S₆)的發射極、第五開關管(S₅)的發射極和第四二極管(D₄)的陽極；

輸出電壓采樣值v_os與電壓基準v_ref比較得到電壓誤差值；電壓誤差值經過電壓外環調節器G_V處理，輸出為公用濾波電感(L_f)的電流基準i_{Lf_ref}；公用濾波電感(L_f)電流的采樣值i_Lfs與電流基準i_{Lf_ref}比較得到電流誤差值；電流誤差值經過電流內環調節器G_I處理，輸出為調制波v_r；這里的電壓調節器G_V和電流調節器G_I為比例-積分調節器、或比例-積分-微分調節器、或比例-諧振調節器；

公用濾波電感(L_f)的電流基準i_{Lf_ref}與0比較，當i_{Lf_ref}＞＝0時，輸出信號I_P為邏輯高電平1，輸出信號I_N為邏輯低電平0；當i_{Lf_ref}＜0時，輸出信號I_N為邏輯高電平1，輸出信號I_P為邏輯低電平0；調制方式采用單極性調制；v_Tri1P和v_Tri2P為正三角波，v_Tri1N和v_Tri2N為負三角波，v_Tri1P和v_Tri1N幅值相等，為Δv_Tri1；v_Tri2P和v_Tri2N幅值相等，為Δv_Tri2；Δv_Tri1和Δv_Tri2滿足：

四個三角載波從上至下依次為v_Tri1P、v_Tri2P、v_Tri1N和v_Tri2N；v_Tri1P和v_Tri2P的分界值為Δv_Tri2，v_Tri2P和v_Tri1N的分界值為0，v_Tri1N和v_Tri2N的分界值為-Δv_Tri1；

在公用濾波電感(L_f)的電流基準i_{Lf_ref}＞＝0時，第二開關管(S₂)、第四開關管(S₄)和第六開關管(S₆)保持關斷，第一開關管(S₁)、第三開關管(S₃)和第五開關管(S₅)調制工作：

當v_r＞＝v_Tri1P時，第一開關管(S₁)、第三開關管(S₃)和第五開關管(S₅)導通，橋臂中點A_P和B_P之間的電壓為V_H；

當v_Tri1P＞v_r＞＝v_Tri2P時，第一二極管(D₁)、第三開關管(S₃)和第五開關管(S₅)導通，橋臂中點A_P和B_P之間的電壓為V_L；

當v_Tri2P＞v_r＞＝0時，第三二極管(D₃)和第五開關管(S₅)導通，橋臂中點A_P和B_P之間的電壓為0；

當0＞v_r＞＝v_Tri1N時，第一開關管(S₁)、第三開關管(S₃)和第五二極管(D₅)導通，橋臂中點A_P和B_P之間的電壓為0；

當v_Tri1N＞v_r＞＝v_Tri2N時，第一二極管(D₁)、第三開關管(S₃)和第五二極管(D₅)導通，橋臂中點A_P和B_P之間的電壓為V_L-V_H；

當v_Tri2N＞v_r時，第三二極管(D₃)和第五二極管(D₅)導通，橋臂中點A_P和B_P之間的電壓為-V_H；

在公用濾波電感(L_f)的電流基準i_{Lf_ref}＜0時，第一開關管(S₁)、第三開關管(S₃)和第五開關管(S₅)保持關斷，第二開關管(S₂)、第四開關管(S₄)和第六開關管(S₆)調制工作：

當(-v_r)＞＝v_Tri1P時，第二開關管(S₂)、第四開關管(S₄)和第六開關管(S₆)導通，橋臂中點A_N和B_N之間的電壓為-V_H；

當v_Tri1P＞(-v_r)＞＝v_Tri2P時，第二二極管(D₂)、第四開關管(S₄)和第六開關管(S₆)導通，橋臂中點A_N和B_N之間的電壓為-V_L；

當v_Tri2P＞(-v_r)＞＝0時，第四二極管(D₄)和第六開關管(S₆)導通，橋臂中點A_N和B_N之間的電壓為0；

當0＞(-v_r)＞＝v_Tri1N時，第二開關管(S₂)、第四開關管(S₄)和第六二極管(D₆)導通，橋臂中點A_N和B_N之間的電壓為0；

當v_Tri1N＞(-v_r)＞＝v_Tri2N時，第二二極管(D₂)、第四開關管(S₄)和第六二極管(D₆)導通，橋臂中點A_N和B_N之間的電壓為V_H-V_L；

當v_Tri2N＞(-v_r)時，第四二極管(D₄)和第六二極管(D₆)導通，橋臂中點A_N和B_N之間的電壓為V_H。