[發明專利]一種準單級三相脈沖電源及其控制方法

在審

• 申請號: 202210618108.1
• 申請日: 2022-06-01
• 公開（公告）號: CN114900061A
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 黃家杰;吳紅飛;殷會民;邢巖
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02M7/219
• 分類號: H02M7/219;H02M1/088
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種準單級三相脈沖電源及其控制方法，包括一個三相T型三電平整流器和一個同步整流變換器；三相T型三電平整流器高壓輸出端v_H連接至同步整流變換器的輸入端，低壓輸出端v_L與同步整流變換器輸出端v_buck串聯后再與負載相連，其特征在于：

所述三相T型三電平整流器主功率電路包括低壓端口濾波電容(C_L)、高壓端口濾波電容(C_H)、3個橋前濾波電容(C_a、C_b、C_c)、3個橋前濾波電感(L_a、L_b、L_c)、12個開關管包括T型三電平整流器同一橋臂開關管S_Hx、S_Zx(x＝a，b，c)和箝位開關管S_Lx1、S_Lx2(x＝a，b，c)；

所述開關管S_Ha的發射極與S_Za的集電極連接；所述開關管S_Hb的發射極與S_Zb的集電極連接；所述開關管S_Hc的發射極與S_Zc的集電極連接；所述開關管S_Ha、S_Hb、S_Hc的集電極相連，并連接于高壓端口濾波電容C_H的高壓端；所述開關管S_Za、S_Zb、S_Zc的發射極相連，并連接于低壓端口濾波電容C_L的一端(參考地)；所述開關管S_La1的集電極與S_La2的集電極連接；所述開關管S_Lb1的集電極與S_Lb2的集電極連接；所述開關管S_Lc1的集電極與S_Lc2的集電極連接；所述開關管S_La1的發射極與S_Za的集電極連接；所述開關管S_Lb1的發射極與S_Zb的集電極連接；所述開關管S_Lc1的發射極與S_Zc的集電極連接；所述開關管S_La2、S_Lb2和S_Lc2的發射極相連，并連接于低壓端口濾波電容C_L的高壓端；所述開關管S_Za、S_Zb和S_Zc的發射極相連，并連接于低壓端口濾波電容C_L的另一端(參考地)；所述濾波電感L_a一端連接于A相電網，另一端連接于開關管S_Ha的發射極；所述濾波電感L_b一端連接于B相電網，另一端連接于開關管S_Hb的發射極；所述濾波電感L_c一端連接于C相電網，另一端連接于開關管S_Hc的發射極；所述濾波電容C_a一端連接于A相電網，另一端與C_b、C_c相連接；所述濾波電容C_b一端連接于B相電網，另一端與C_a、C_c相連接；所述濾波電容C_c一端連接于C相電網，另一端與C_a、C_b相連接；

所述同步整流變換器包括1個輸出濾波電容C_buck、1個輸出濾波電感L_buck、2個開關管S₁、S₂；

所述開關管S₁的發射極與S₂的集電極連接；所述開關管S₁的集電極與高壓端口濾波電容C_H的高壓端相連接；所述開關管S₂的發射極與高壓端口濾波電容C_H的另一端相連接；所述輸出濾波電感L_buck一端連接于開關管S₁發射極，另一端連接于輸出濾波電容C_buck；所述輸出濾波電容C_buck一端連接于輸出濾波電感L_buck，另一端連接于開關管S₂發射極；

所述準單級三相脈沖電源控制部分分為T型三電平整流器控制及同步整流變換器控制兩個部分；T型三電平整流器控制分為直流側總電壓控制環(201)、低壓側電壓控制環(202)、網側電流控制環(203)，以及注入零序分量的CBPWM調制(204)四個部分；所述直流側總電壓控制環采用峰值電壓控制，與參考值相比較，經PI調節器輸出后和電網電流前饋值一同作為電流環d軸i_d的基準；所述低壓側電壓控制環采用峰值電壓控制，與參考值相比較經PI調節器后得到零序分量占比；所述網側電流控制環依據網側電流d/q軸基準經過PI調節器之后，經dq/abc反變換得到初始三相調制波；所述注入零序分量的CBPWM調制依據初始三相調制波注入零序分量后生成最終調制波，與三角波相交截得到各個開關管驅動信號；同步整流變換器控制采用電壓電流環雙環控制，所述電壓環控制穩定輸出電壓，其輸出作為電流環參考，并加上負載電流前饋，提高電流跟蹤速度。

2.根據權利要求1所述的準單級三相脈沖電源控制方法，其特征在于：通過電容C_L與電容C_buck串聯共同提供脈沖負載所需功率，電容C_H和C_L提供瞬時能量支撐，補償輸入輸出功率差額，使得交流源僅體現為恒定功率，抑制脈沖功率對交流輸入源的影響，電容C_buck補償脈沖負載導致的C_L電壓波動，T型三電平整流器構造兩個電壓不相等直流輸出端口，通過功率分配使盡可能多的能量通過C_L傳輸給負載，實現最大功率單級傳輸，提高能量傳輸效率，其步驟如下：

1)檢測T型三電平整流器直流側總電壓峰值V_dcmax，將直流側總電壓基準V_dcmaxref和V_dcmax經過減法器作差，其輸出經過比例積分調節器調整與電網電流前饋值IFD一起作為電流環d軸i_d的基準；

2)檢測電網電流i_a，i_b，i_c經abc/dq變換得到d/q軸電流i_d、i_q，與基準(q軸基準通常為0)比較后經過比例積分調節器調整，生成dq軸分量u_d，u_q，經過dq/abc變換得到三相初始調制波u_a1，u_b1，u_c1；

3)檢測T型三電平整流器低壓端口電壓峰值V_Lmax，將低壓端口電壓基準V_Lmaxref和V_Lmax經過減法器作差，其輸出經過比例積分調節器調整作為零序分量參數k；

4)檢測三相初始調制波u_a1，u_b1，u_c1，比較得到調制波最小值v_min與調制波最大值v_max，將步驟3)所述的零序分量參數k與之相乘并與三相初始調制波相加，修正調制波得到u_a，u_b，u_c，與歸一化的上下層疊三角載波交截驅動開關管S_Hx、S_Zx(x＝a，b，c)與S_Lx1、S_Lx2(x＝a，b，c)；

5)檢測負載電壓V_o與參考值V_oref經過減法器作差，其輸出經過比例積分調節器調整與負載電流i_p相加作為同步整流變換器電流環參考值i_DCref，檢測同步整流變換器電感電流i_DC經比例積分調節器調整得到同步整流變換器開關管驅動信號，與三角波交截驅動開關管S₁，S₂。