[发明专利]一种三电平Boost变换器中点电位平衡控制方法

摘要

一种三电平Boost变换器中点电位平衡控制方法，其特征在于，包括下列步骤，步骤一，在三电平Boost变换器输出滤波电容器Cb1上设置电压传感器VTincap1，检测的数据为电容电压ucb1，在输出滤波电容器Cb2之上设置电压传感器VTincap2，检测的数据为电容电压ucb2；步骤二，在三电平Boost变换器上连接一个控制器，控制器包括AD调理电路、DSP、FPGA和驱动电路；控制器的两个输入端分别与电压传感器VTincap1和电压传感器VTincap2连接，采样信号电容电压ucb1和电容电压ucb2进入控制器，控制器的输出信号为连接到两开关管Qb1和Qb2的驱动脉冲；本发明给出了偏差电压增益特征系数分段解析表达式，并提出基于最大偏差电压条件的分段拟合方法，从而确定不同占空比区间相位延迟边界条件，从而更好地实现对偏差电压的有效调节。

主权项

一种三电平Boost变换器中点电位平衡控制方法，其特征在于，包括下列步骤，步骤一，在三电平Boost变换器输出滤波电容器Cb1上设置电压传感器VTincap1，检测的数据为电容电压ucb1，在输出滤波电容器Cb2之上设置电压传感器VTincap2，检测的数据为电容电压ucb2；步骤二，在三电平Boost变换器上连接一个控制器，控制器包括AD调理电路、DSP、FPGA和驱动电路；控制器的两个输入端分别与电压传感器VTincap1和电压传感器VTincap2连接，采样信号电容电压ucb1和电容电压ucb2进入控制器，控制器的输出信号为连接到两开关管Qb1和Qb2的驱动脉冲；步骤三，电压传感器在设定时间点采样信号进入控制器后，经过AD调理电路，输出的数字信号进入DSP后，进行运算处理，按照公式Vob＝ucb1+ucb2和Δucb＝ucb1‑ucb2，获取快速精准的输出电压和偏差电压信息，进而执行不同带宽的输出电压环和偏差电压环双控控制控制算法，具体如下；输出电压环中，实际电压Vob进入比较模块，与参考电压Vob‑ref比较后，生成偏差信号eobb，为了避免控制点出现振荡，控制环中均引入振荡抑制模块，因此只有当第k次采样计算误差值|eob[k]|超过设置阈值Eo或时，才会将其反映至控制环以进行相应调节，否则按0处理。输出电压环采用PID控制器作为串联补偿网络Gc1(k)：一方面利用PI控制器可以调整系统的低频稳态性能，提高系统型别，达到无静差调节要求；另一方面利用PD控制器可以调节系统的中频动态性能，使校正后系统以20dB/dec的斜率下降并穿越0dB线，提高系统的相角裕度。经PID控制器调节后，通过限幅处理，输出开通时间占空比信号Don‑b[k]，进入FPGA内执行脉冲发生逻辑。偏差电压环中，实际电压Δucb进入比较模块，与参考电压Δucb‑ref(等于0)比较后，生成偏差信号ecb，为了避免控制点出现振荡，控制环中均引入振荡抑制模块，因此只有当第k次采样计算误差值|ecb[k]|超过设置阈值Ec时，才会将其反映至控制环以进行相应调节，否则按0处理。为了尽可能减小甚至消除偏差电压环对输出电压环的影响，同时保证系统输出电压的快速动态响应，引入偏差电压环使能模块，只有当输出电压扰动值未超过设定阈值Eo，即eob1[k]＝0输出电压稳定时，才会将第k次采样计算误差值ecb1[k]传递至控制模块Gc2(k)，否则按0处理，即不执行偏差电压调节。对于偏差电压环，由于系统对偏差电压调节的动态响应速度要求并不高，设计控制器Gc2(k)时不需要其具有很大的截止频率，即偏差电压环路的设计带宽相对较窄。因此采用一种串联PI补偿器的方法，有助于提高系统的型别，保证校正后系统阶跃响应无静差。经PI控制器调节后，通过变限幅环节，最终输出相位延迟信号λpd[k]，进入FPGA内执行脉冲发生逻辑；步骤四，开关管Qb1的驱动信号GQb1通过开通时间占空比信号Don‑b与三角载波信号uctrl1比较得到；步骤五，开关管Qb2的驱动信号GQb2通过开通时间占空比信号Don‑b与三角载波信号uctrl2比较得到，而三角载波信号uctrl2较uctrl1存在相位延迟λpd其中，λpdpd为脉冲延迟时间tpd所占开关周期的比例，即λpd＝tpd/Tsb；步骤六，脉冲信号GQb1和GQb2经过驱动电路后，分别施加于开关管Qb1和Qb2之上；步骤七，转入步骤三。