[發明專利]一種多電平雙向DC-DC變換器啟動控制方法及系統

有效

• 申請號: 202110223531.7
• 申請日: 2021-02-26
• 公開（公告）號: CN112928907B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 張宇;趙璇琦
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02M1/36
• 分類號: H02M1/36;H02M1/32;H02M3/156
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 胡秋萍

本發明公開了一種多電平雙向DC?DC變換器啟動控制方法及系統，屬于直流?直流變換領域，方法包括：高壓側啟動時，斷開開關管S_N、S_N+1、S_3N、S_3N+1，開通其余開關管，k從N?1逐次遞減至1，并在C_2k+1或C_2k+2的電壓達到相應設定值時斷開其連接的開關管；低壓側啟動時，斷開S_N+1和S_3N，開通其余開關管，k從N?1逐次遞減，并在C_2k+1或C_2k+2的電壓達到相應設定值時斷開S_2N?k+1和S_2N+k，直至C_2k+1或C_2k+2的電壓達到低壓側電壓的1/2，將S_k+1至S_N、S_N+1至S_2N?k、S_2N+k+1至S_3N、S_3N+1至S_4N?k劃分為四組并進行PWM調制，k繼續逐次遞減至1，并在C_2k+1或C_2k+2的電壓達到相應設定值時將其連接的開關管添加至四組開關管中。在多電平雙向DC?DC變換器啟動時控制飛跨電容電壓，保持開關管電壓應力平衡，避免故障，并且雙側均能安全啟動。

技術領域

本發明屬于直流-直流變換領域，更具體地，涉及一種多電平雙向DC-DC變換器啟動控制方法及系統。

背景技術

雙向DC/DC變換器是一種對直流電源進行變換的電路，其輸入輸出電壓均為直流。多電平變換器由于其諸多優點逐漸受到人們的青睞。多電平變換器存在二極管鉗位型多電平變換器，單元級聯型多電平變換器，飛跨電容型多電平變換器等多種結構。其中，飛跨電容型多電平變換器中開關器件數量少，易于擴展到更高電平變換器。但是，飛跨電容型多電平變換器在應用中必須保證飛跨電容電壓的平衡，使各個開關管電壓應力均勻，避免開關管和設備損壞。

在多電平飛跨電容變換器啟動前，需要對變換器內部飛跨電容進行預充電，否則，在變換器啟動時，變換器中部分開關管電壓應力過高或瞬間沖擊電流過大會導致開關管的損壞，在變換器啟動過程中同樣需要控制飛跨電容電壓。此外，雙向DC/DC變換器既存在從高壓側啟動的應用場合，也存在從低壓側啟動的應用場合，兩種啟動模式下的操作過程并不相同，對啟動控制提出了更高的要求。

對于單側啟動的場合，目前可以利用輔助直流電源，利用RCD緩沖電路中的電阻，附加電容充電回路等方式對飛跨電容多電平變換器進行預充電與啟動。但利用輔助直流電源會降低設備利用率；在RCD電路中，緩沖電路產生的額外損耗會降低變換器整體效率；附加電容充電回路增加了器件的數量，降低器件利用率，對成本和功率密度造成不利影響。因此，如何高效，簡單，可靠地對飛跨電容型多電平變換器的預充電和啟動是本領域技術人員關心的問題。

發明內容

針對現有技術的缺陷和改進需求，本發明提供了一種多電平雙向DC-DC變換器啟動控制方法及系統，其目的在于在多電平雙向DC-DC變換器啟動時控制飛跨電容電壓，保持開關管電壓應力平衡，避免故障，并且保證雙側均能安全啟動。