[发明专利]一种用于半桥三电平直流变换器的中点平衡电路的控制方法

权利要求书

1.一种用于半桥三电平直流变换器的中点平衡电路的控制方法，其特征在于：

所述中点平衡电路，主要包括直流母线、半桥三电平主电路、电容C_in1与C_in2、飞跨电容C_ss、钳位二极管D₁与D₂、输出电路；

电容C_in1的正极连接直流母线的正极，电容C_in1的负极与电容C_in2的正极连接，电容C_in2的负极连接直流母线的负极，电容C_in1和C_in2相连的中点定义为直流变换器中点B；

半桥三电平主电路由开关管S₁、开关管S₂、开关管S₃和开关管S₄首尾串联而成，其中开关管S₁的集电极连接直流母线的正极，开关管S₁的发射极连接开关管S₂的集电极，开关管S₂的发射极连接开关管S₃的集电极，开关管S₃的发射极连接开关管S₄的集电极，开关管S₄的发射极连接直流母线的负极；

飞跨电容C_ss的正极连接开关管S₁和开关管S₂的中点，飞跨电容C_ss的负极连接开关管S₃和开关管S₄的中点；

钳位二极管D₁与钳位二极管D₂相串联，其中点连接变换器中点B，钳位二极管D₁的负极连接飞跨电容C_ss的正极，钳位二极管D₂的正极连接飞跨电容C_ss的负极；

将开关管S₂和开关管S₃的中点A与变换器中点B引出作为半桥三电平直流变换器的输出；

输出电路采用变压器隔离输出，变压器原边上串联滤波电感L_r，变压器副边采用二极管D₃与D₄组成的整流电桥，输出端设置电感L₀和电容C₀组成的直流滤波电路；

所述控制方法采用单电流闭环控制，包括以下步骤：

步骤1，采集电容C_in1的电压U_cin1(k)、电容C_in2的电压U_cin2(k)，由公式

ΔU_cin(k)＝U_cin2(k)-U_cin1(k)

得到电压差ΔU_cin(k)，其中k表示第k时刻；

步骤2，将在第k时刻采样得到的电压差ΔU_cin(k)与给定参考偏置电压量ΔU_ref做差运算，定义ΔU_ref＝0，得到在第k时刻的电容电压偏置量ΔU(k)，

其值为ΔU(k)＝ΔU_ref-ΔU_cin(k)，其与电容C_in1、C_in2电压的大小关系如下：

步骤3，将在第k时刻得到的电容电压偏置量ΔU(k)进行比例积分调节，得到所对应的占空比修正量ΔD(k)；

步骤4，采集在第k时刻得到的滤波电感电流I_Lo(k)，对其进行比例积分调节，得到在指令电流量I_ref下所对应的闭环占空比D(k)；

步骤5，定义幅值为[0，1]的高频三角载波为T_c、幅值为CMPA的调制波为T_mA、幅值为CMPB的调制波为T_mB、幅值为CMPC的调制波为T_mC、幅值为CMPD的调制波为T_mD；将调制波T_mA和调制波T_mB作为开关管S₁、S₄的调制波，将调制波T_mC和调制波T_mD作为开关管S₂、S₃的调制波，将调制波T_mA的幅值CMPA作为移相角；考虑到+1电平作用时间和-1电平作用时间之和不变，且开关管S_i的驱动信号的占空比均为0.5，调制波T_mA、T_mB、T_mC和T_mD的幅值需满足以下条件：

为了简化算法，将调制波T_mC和调制波T_mD的幅值固定，则可得到以下条件：

其中i＝1,2,3,4；

步骤6，根据步骤5，将步骤4中得到的闭环占空比赋值给调制波T_mA的幅值CMPA，可得：CMPA(k)＝D(k)，CMPB(k)＝1-D(k)； 根据得到的调制波T_mA的幅值CMPA(k)和调制波T_mB的幅值CMPB(k)，当三角载波计数值CMP大于调制波T_mA的幅值CMPA(k)时，开关管S₁和S₄导通；当三角载波计数值CMP小于调制波T_mB的幅值CMPB(k)时，开关管S₁和S₄关断；同理，对于开关管S₂、S₃的驱动信号，当三角载波计数值CMP大于调制波T_mC的幅值0时，开关管S₂和S₃导通；当三角载波计数值CMP小于调制波T_mD的幅值1时，开关管S₂和S₃关断；

步骤7，根据步骤6中得到开关管S₁、S₂、S₃和S₄的驱动信号，将开关管S₁和开关管S₃的驱动信号进行反相，开关管S₂和开关管S₄的驱动信号保持不变，得到理想情况下的半桥三电平直流变换器的4路开关管的驱动信号S₁'，S₂'，S₃'，S₄'；

步骤8，对调制波幅值进行修正，当+1电平作用时间比-1电平作用时间长，电容C_in1的电压小于电容C_in2的电压，则减小开关管S₁和S₂的移相角，增大开关管S₃和S₄的移相角；当+1电平作用时间比-1电平作用时间短，电容C_in1的电压大于电容C_in2的电压，则增大开关管S₁和S₂的移相角，减小开关管S₃和S₄的移相角；

步骤9，根据步骤3中得到的占空比修正量ΔD(k)、步骤6中得到的调制波T_mA的幅值CMPA(k)和调制波T_mB的幅值CMPB(k)表达式，可得在存在电容电压偏置量ΔU(k)时，加入占空比修正量之后的调制波幅值为：

将调制波幅值CMPA(k)和CMPB(k)修正之后，得到半桥三电平直流变换器的4路开关管的驱动信号S₁”，S₂”，S₃”，S₄”。