[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

说明书

本发明公开了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，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。本发明通过系统实际运行中因驱动电路和开关管特性差异产生的上、下分压电容电压差来修正调制波，从而实现了分压电容均压的数字控制方法，有效解决了传统半桥三电平中由于驱动芯片和开关管特性差异带来的中点不平衡问题，且响应速度更快，控制精度更高。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种用于实现半桥三电平直流变换器的中点平衡电路及相应的数字控制方法。

背景技术

近年来，半桥三电平直流变换器广泛应用于高压直流输电、机车牵引等领域，突破了现有IGBT等功率器件在电压等级上的限制，是当前电力电子直流变换领域所面临的热点研究课题之一。

半桥三电平直流变换器用两个开关管串联来代替传统半桥变换器中的一个开关管，其中的飞跨电容起到解耦超前臂和滞后臂软开关过程和均压开关管的作用，而钳位二极管除了帮助均压开关管之外，还有加速飞跨电容充电过程的作用。但这种三电平拓扑结构也带来了相应的问题，由于在实际平台中的驱动电路和开关管特性的差异，会造成正负半周期有效占空比不相等，那么在正负半周期内，原边向副边负载传输的能量不等，使得上、下分压电容电压不等于V_in/2，虽然原边在正、负半周期内向副边传输的能量相同，但是这种中点不平衡现象会导致原边开关管和副边整流二极管的电压应力不等、变压器偏磁等现象，影响电路的正常工作，存在一定的安全隐患。因此有必要寻找一种控制策略来消除上、下分压电容电压差，以实现分压电容的均压，保证电路的正常工作。

国内外对三电平直流变换器中如何实现分压电容均压，如何实现中点平衡做了以下相关研究：

文献“阮新波，危健，薛雅丽等.非隔离三电平变换器中分压电容均压的一种方法[J].电机工程学报,2003,23(10).”文中通过比较任意一个分压电容电压与给定参考值，并采用交错控制电路来调整开关管的导通时间。其不足在于：文中虽然介绍了非隔离型三电平变换器中点平衡的普遍方法，但这种交错控制电路使用的是单沿触发的双载波调制方法，增加了硬件成本，且其调节方法缺少控制自由度。

文献“周玮阳,虞晓阳,金科,刘志军.半桥三电平直流变换器的电容电压控制策略[J].电工技术学报,2015,30(16).”文中应对两个受控量，采用一种双沿调制策略实现了四开关半桥三电平直流变换器的电容电压均压控制，但其双沿触发模式是基于同一调制波实现的，无法实现移相功能。为了实现移相控制，该专利增加了模拟控制部分，导致系统可靠性降低，成本提高。

综上所述，目前国内外应对半桥三电平拓扑的中点平衡问题，主要采用的还是模拟电路控制，但模拟控制存在控制精度低，控制自由度小，硬件成本高等局限性。

发明内容

本发明的目的正是为了克服半桥三电平拓扑的中点平衡模拟控制存在的局限，提出了一种用于半桥三电平直流变换器的中点平衡电路以及相应的三角载波、发波模式控制方法，通过系统实际运行中因驱动电路和开关管特性差异产生的上、下分压电容电压差来修正调制波，从而实现了分压电容均压的数字控制方法。该数字控制方法在实际控制平台中可以更好地利用数字处理器(DSP)中的EPWM模块资源，且响应速度快、控制精度高。