[发明专利]一种双向桥式模块化开关电容AC-AC变流器调控方法

摘要

本发明提出一种双向桥式模块化开关电容AC‑AC变流器调控方法，基于双向桥式模块化开关电容拓扑，通过调整开关管之间的移相时间并优化开关管之间的逻辑时序对开关管进行改进型移相控制策略，解决了已有的开关电容AC‑AC变流器只能实现固定变比调压,调压范围不灵活的固有缺陷；同时，该控制策略解决了因谐振电感回路的引入带来的安全换流问题；此外，在不改变双向桥式模块化开关电容拓扑结构，仅改变变流器的输入输出端口即可切换其升/降压工作状态，实现双向操作。

主权项

1.一种双向桥式模块化开关电容AC‑AC变流器调控方法，其特点在于，基于双向桥式模块化开关电容拓扑，通过调整开关管之间的移相时间并优化开关管之间的逻辑时序对开关管进行改进型移相控制，实现输出电压调控和安全换流；所述双向桥式模块化开关电容拓扑包括电源、基本开关电容模块、准H桥和谐振电感L_r；所述准H桥包括8个MOSFET开关管S_1p、S_2p、S_3p、S_4p、S_1n、S_2n、S_3n和S_4n，所述S_1p和S_1n共源极串联组成第一双向开关，S_2p和S_2n共源极串联组成第二双向开关，S_3p和S_3n共源极串联组成第三双向开关，S_4p和S_4n共源极串联组成第四双向开关；所述第一双向开关的一端与所述第二双向开关的一端相连，另一端与所述第三双 向开关的一端相连；所述第二双向开关的另一端与第四双向开关的一端相连；所述第四双向开关的另一端与第三双向开关的另一端相连；所述基本开关电容模块包括8个MOSFET开关管S_5p、S_6p、S_7p、S_8p、S_5n、S_6n、S_7n和S_8n，及四个电容C₂、C₃、C₄和C₅；所述S_5p和S_5n共源极串联组成第五双向开关，S_6p和S_6n共源极串联组成第六双向开关，S_7p和S_7n共源极串联组成第七双向开关，S_8p和S_8n共源极串联组成第八双向开关；所述谐振电感L_r的一端与电容C₂和C₃的串接点相连，另一端与第三双向开关和第四双向开关的串接点相连；所述电容C₄和C₅的串接点与所述第一双向开关和第二双向开关的串接点相连；所述第七双向开关的一端与第四电容的一端相连，另一端与第二电容C₂的一端和第五双向开关管的一端分别相连；所述第八双向开关的一端与第五电容C₅的一端相连，另一端与第三电容C₃的一端和第六双向开关管的一端分别相连；所述第五双向开关管的另一端与第三双向开关管的一端相连；所述第六双向开关管的另一端与第四双向开关管的一端相连；所述电源连接于基本开关电容模块的端口7与端口8之间，或者，连接于准H桥的端口11和端口12之间；改进型移相控制通过调整开关管八种控制信号之间的移相时间并优化其逻辑时序，调控所述双向桥式模块化开关电容拓扑的电压，其中，控制信号V_{GS_1p}控制开关管S_2p、S_6p和S_7p；控制信号V_{GS_2p}控制开关管S_1p、S_5p和S_8p；控制信号V_{GS_3p}控制开关管S_3p；控制信号V_{GS_4p}控制开关管S_4p；控制信号V_{GS_1n}控制开关管S_2n、S_6n和S_7n；控制信号V_{GS_2n}控制开关管S_1n、S_5n和S_8n；控制信号V_{GS_3n}控制开关管S_3n；控制信号V_{GS_4n}控制开关管S_4n；控制信号V_{GS_1n}与V_{GS_2n}的相位差为180°，控制信号V_{GS_3n}与V_{GS_4n}的相位差为180°，控制信号V_{GS_1p}与V_{GS_2p}的相位差为180°，控制信号V_{GS_3p}与V_{GS_4p}的相位差为180°，控制信号V_{GS_1n}与V_{GS_3n}之间的相位差于0‑360°之间可调，控制信号V_{GS_1p}与V_{GS_3p}之间的相位差和V_{GS_1n}与V_{GS_3n}之间的相位差相同；改进型移相控制实现安全换流策略为，基于已确定开关管驱动信号的逻辑时序，在降压模态下，正半周时编号为p的开关管驱动信号处于高电平，编号为n的开关管驱动信号做高频PWM操作，负半周时候编号为n的开关管驱动信号处于高电平，编号为p的开关管驱动信号做高频PWM操作；升压模态下，正半周时编号为n的开关管驱动信号处于高电平，编号为p的开关管驱动信号做高频PWM操作，负半周时候编号为p的开关管驱动信号处于高电平,编号为n的开关管驱动信号做高频PWM操作；所述双向桥式模块化开关电容拓扑还包括储能电容C₁，所述电容C₁连接于准H桥的端口11和端口12之间；其中，端口7指MOSFET开关管S_7n与电容C₄之间的连接端，端口8指MOSFET开关管S_8p与电容C₅之间的连接端；端口11指MOSFET开关管S_1n与电容C₁之间的连接端，端口12指MOSFET开关管S_2p与电容C₁之间的连接端。