[發明專利]具有自均壓能力的多模塊串聯型變換器自供電電路及其控制方法

在審

• 申請號: 202011023795.X
• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN112134455A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 李武華;盛景;方恒;李楚杉;嚴輝強;龔清苑;姚文熙;何湘寧
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02M1/36
• 分類號: H02M1/36;H02M7/483;H02M3/335
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

1.具有自均壓能力的多模塊串聯型變換器自供電電路，其特征在于，包括取電電源、低壓開關器件、負載電阻和均壓控制器；

所述的取電電源的兩個輸入端分別與多模塊串聯型變換器中的直流電容正端和負端相連；所述的低壓開關器件的漏極或集電極與取電電源的正極輸出端相連，低壓開關器件的源極或發射集與負載電阻的一端相連，負載電阻的另一端與取電電源的負極輸出端相連；

所述的均壓控制器的電壓采樣端口與直流電容正端相連，均壓控制器的正極供電端口與取電電源的正極輸出端相連，均壓控制器的負極供電端、取電電源的負極輸出端、以及直流電容的負端三者相連，均壓控制器的控制端與低壓開關器件的柵極相連。

2.根據權利要求1所述的具有自均壓能力的多模塊串聯型變換器自供電電路，其特征在于，所述的低壓開關器件選為全控型功率半導體器件MOSFET或者IGBT。

3.根據權利要求1所述的具有自均壓能力的多模塊串聯型變換器自供電電路，其特征在于，所述的負載電阻的阻值滿足：

其中，R_add表示負載電阻的阻值，η表示取電電源的效率，V_o表示取電電源的輸出電壓，ΔV表示直流電容在預充電期間的均壓調節區間，I₀表示為取電電源工作在最低輸入電壓下的原邊輸入電流。

4.根據權利要求1所述的具有自均壓能力的多模塊串聯型變換器自供電電路，其特征在于，所述的多模塊串聯型變換器為直流輸入側模塊串聯變換器、級聯H橋變換器、模塊化多電平變換器中的任意一種。

5.根據權利要求1所述的具有自均壓能力的多模塊串聯型變換器自供電電路，其特征在于，所述的取電電源采用高壓轉低壓DC/DC拓撲，包含多路輸出，均壓控制器的取電取自于其中一路輸出。

6.一種基于權利要求1-5任一所述的自供電電路的控制方法，其特征在于，包括：

步驟1：確定取電電源的開始工作電壓V_TH和直流電容在預充電期間的電容電壓最大值V_max，并配置上下裕量Δv，得到直流電容在預充電期間的均壓調節區間為[V_TH-Δv，V_max+Δv]；

步驟2：給單個子模塊電容上電，使取電電源工作，供給子模塊各部分電路正常運行，在關閉自供電電路下使用電流表測量取電電源在最低輸入電壓V_TH-Δv下的原邊輸入電流I₀；

步驟3：根據原邊輸入電流I₀，設計直流電容在預充電期間時，取電電源的目標原邊輸入電流I隨輸入電壓V變化關系：

I＝k(V-V_TH+Δv)+I₀，V∈[V_TH-Δv，V_max+Δv]

其中，V表示輸入電壓，系數k為大于0的常數；

步驟4：根據目標原邊輸入電流I，計算自供電電路中的均壓控制器的控制端輸出控制信號的占空比D，公式為：

其中，η表示取電電源的效率，V表示輸入電壓，V_o表示取電電源的輸出電壓，R_add表示負載電阻的阻值；

步驟5：根據控制信號的占空比，設均壓控制器的控制端一個控制周期為T_S,在[0,DT_S]區間內均壓控制器的控制端輸出控制信號為高電平，使低壓開關器件導通，負載電阻消耗功率，而在[DT_S,T_S]區間內均壓控制器的控制端輸出控制信號為低電平，使低壓開關器件關斷，負載電阻不消耗功率。

7.根據權利要求6所述的自供電電路的控制方法，其特征在于，步驟3中所述的系數k的取值為

8.根據權利要求6所述的自供電電路的控制方法，其特征在于，所述的直流電容在預充電期間的電容電壓最大值V_max＝V_dc/N，其中V_dc表示高壓輸入直流母線的電壓，N表示串聯子模塊個數。