[发明专利]一种基于充放电并行的电容电荷平衡控制方法及变换器

权利要求书

1.一种基于充放电并行的电容电荷平衡控制方法，所述变换器结构包括端口一U₁，两端并联有滤波电容C₁，所述滤波电容C₁两端并联有单相桥臂1；所述单相桥臂1包括两个串联的开关管SA1和SA2，所述单相桥臂1的中点连接变压器1原边的一端；变压器1原边另一端连接由两个串联的开关管SB1和SB2组成的单相桥臂2的中点；所述单相桥臂2两端并联有滤波电容C₂；所述滤波电容C₂与端口二U₂并联；所述变压器1原边激磁电感为L_m；所述变压器1副边连接至由二极管D1，D2，D3，D4组成桥式整流电路1，具体地，所述桥式整流电路1包括由D1，D2组成的第一桥臂和由D3，D4组成的第二桥臂；所述变压器1副边两端分别与第一桥臂和第二桥臂中点相连；所述桥式整流电路1输出端一端串联输出滤波电感L_o，所述滤波电感L_o另一端与输出滤波电容C_o的一端相连接，输出滤波电容C_o的另一端与桥式整流电路1的另一输出端相连接，负载电阻并联在输出滤波电容C_o的两端；所述输出滤波电容C_o两端分别连接桥式整流电路2两端，其中一端连接端串联有输出滤波电感L_cp；所述桥式整流电路2包括由二极管D7，D8组成的桥臂1和D9，D10组成的桥臂2；所述桥臂1和桥臂2的中点分别与变压器2副边的两端相连；所述变压器2原边的两端分别连接至单相桥臂3和单相桥臂4，具体地，所述单相桥臂3包括串联的开关管SC1和二极管D5，所述单相桥臂4包括串联的二极管D6和开关管SC2，所述变压器2原边的两端分别与单相桥臂3和单相桥臂4的中点连接；所述单相桥臂3和单相桥臂4分别并联在滤波电容C₄两端，端口四U₃也并联于滤波电容C₄两端；所述输出滤波电感L_o与第一电流传感器串联；所述负载电阻与第二电流传感器串联；所述负载电阻两端并联有电压传感器；

其特征在于，所述电容电荷平衡控制方法包括负载突加和负载突卸两种情况，具体地：

负载突加情况下：

步骤S1、设定输出电压的误差阀值|△U_oT|，测量得到输出电压实际值U_o，将所述输出电压实际值U_o与输出电压的期望值做差，当输出电压的误差时，四端口变换器进入突加负载过程，记录这一时刻为t₁；

步骤S2、测量得到输出滤波电感L_o上电流i_L，同时测量负载变换器负载电流i_o；从t₁时刻开始，当i_Li_o时，当端口二处于不同状态下时，各开关管通断情况如下：

步骤S2.1、端口二处于0输出功率状态；此时对于端口一，SA1一直处于开通状态，SA2一直处于关断状态，对于端口二，SB1一直处于关断状态，SB2一直处于开通状态，i_L处于持续增长状态，直至i_L＝i_o；

步骤S2.2、端口二处于输出功率状态；此时对于端口一，SA1一直处于关断状态，SA2一直处于开通状态，对于端口二，SB1一直处于开通状态，SB2一直处于关断状态，i_L处于持续增长状态，直至i_L＝i_o；

步骤S2.3、端口二处于输入功率状态；此时对于端口一，SA1一直处于开通状态，SA2一直处于关断状态，对于端口二，SB1一直处于开通状态，SB2一直处于关断状态，i_L处于持续增长状态，直至i_L＝i_o；

步骤S3、当i_L＝i_o时，记录这一时刻为t₂，在端口二处于不同状态下时，分别计算积分值S1如下：

步骤S3.1、端口二处于0输出功率状态；求取积分值其中U₁代表端口一的输入电压；

步骤S3.2、端口二处于输出功率状态；求取积分值其中U₂代表端口二的输入电压；

步骤S3.3、端口二处于输入功率状态；求取积分值

步骤S4、从t₁时刻开始，求取积分值其中n₁和n₂分别为变压器1和变压器2的变比，U₃代表端口四的输入电压；当S2＝S1时，S2的积分时间为t_e；在t₁～t₁+t_e时间段内，对于端口四，SC1和SC2一直处于导通状态；在时间段内，SC1一直处于关断状态，SC2一直处于导通状态，在时刻之后，SC1和SC2均处于关断状态；

步骤S5、当时，动态过程在t₂时刻结束；当时，动态过程在时刻结束；在时间段的每一个采样周期内，开关管SA2与SA1互补导通，SB1与SB2互补导通；当端口二处于不同输出状态时，开关管SA1和SB2的占空比具体如下：

步骤S5.1、端口二处于0输出功率状态；开关管SA1和SB2的占空比为

步骤S5.2、端口二处于输出功率状态；开关管SA2和SB1的占空比为

步骤S5.3、端口二处于输入功率状态；开关管SA1和SB1的占空比为

负载突卸情况下：

步骤L1、设定输出电压的误差阀值|△U_oT|，测量得到输出电压实际值U_o，将所述输出电压实际值U_o与输出电压的期望值做差，当输出电压的误差时，四端口变换器进入负载突卸过程，记录这一时刻为t₁；

步骤L2、测量得到输出滤波电感L_o上电流i_L，同时测量负载变换器负载电流i_o；从t₁时刻开始，当i_Li_o时，当端口二处于不同状态下时，各开关管通断情况如下：

步骤L2.1、端口二处于0输出功率状态；此时对于端口一，SA1一直处于关断状态，SA2一直处于开通状态，SB1一直处于关断状态，SB2一直处于开通状态，i_L处于持续减小状态，直至i_L＝i_o；

步骤L2.2、端口二处于输出功率状态；此时对于端口一，SA1一直处于关断状态，SA2一直处于开通状态，SB1一直处于关断状态，SB2一直处于开通状态，i_L处于持续减小状态，直至i_L＝i_o；

步骤L2.3、端口二处于输入功率状态；对于端口一，SA1一直处于关断状态，SA2一直处于开通状态，SB1一直处于关断状态，SB2一直处于开通状态，i_L处于持续减小状态，直至i_L＝i_o；

步骤L3、当i_L＝i_o时，记录这一时刻为t₂，在t₁～t₂之间，求取积分值

步骤L4、从t₁时刻开始，求取积分值当S2＝S1时，S2的积分时间为t_e，在t₁～t₁+t_e时间段内，对于端口四，SC1一直处于关断状态，SC2一直处于导通状态；在时间段内，SC1和SC2一直处于导通状态，在时刻之后，SC1和SC2均处于关断状态；

步骤L5、当时，动态过程在t₂时刻结束；当时，动态过程在时刻结束；在时间段的每一个采样周期内，SA1与SA2互补导通，SB2与SB1互补导通；当端口二处于不同输出状态时，开关管SA1和SB2的占空比具体如下：

步骤L5.1、端口二处于0输出功率状态；开关管SA1和SB2的占空比为

步骤L5.2、端口二处于输出功率状态；开关管SA2和SB1的占空比为

步骤L5.3、端口二处于输入功率状态；开关管SA1和SB1的占空比为