一種雙向多電平升降壓變換器及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種雙向多電平升降壓變換器及其控制方法，其特征在于包括雙向三電平單元A(1)、雙向三電平單元B(2)、電感Lb(3)及控制系統(tǒng)，雙向三電平單元A(1)包括開關管T1、開關管T2、開關管T3、開關管T4及分壓電容Cb1、Cb2；雙向三電平單元B(2)包括開關管T5、開關管T6、開關管T7、開關管T8及分壓電容Cb3、Cb4。本發(fā)明的雙向多電平升降壓變換器采用移相加雙向兩模式控制方法，變換器可實現(xiàn)能量雙向流動，在兩個方向上都能同時實現(xiàn)升壓和降壓變換。本發(fā)明的雙向多電平升降壓變換器特別適用于高壓大功率、能量雙向流動的場合。
【專利說明】一種雙向多電平升降壓變換器及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子【技術領域】，具體涉及一種適用于高壓大功率場合的雙向多電平升降壓變換器及其控制方法。
【背景技術】
[0002]隨著電力電子技術的發(fā)展，對電能變換裝置的要求越來越高，其中變換器的高效率、高功率密度一直是電力電子技術發(fā)展的趨勢之一。在高壓大功率應用場合，受限于開關器件承受的高電壓應力，開關頻率難以提高，導致系統(tǒng)體積大、效率低。如何保證在高壓大功率場合下實現(xiàn)電能變換裝置的高效率、高功率密度就顯得至關重要。
[0003]目前很多應用場合，如艦船綜合電力系統(tǒng)、新能源發(fā)電系統(tǒng)中的儲能電站、大容量UPS供電系統(tǒng)、城市軌道交通、高速鐵路電氣等，都需要電力電子變換器具備能量雙向流動，并且同時具備升壓和降壓功能。因此，有必要研究高壓大功率場合下，電力電子變換器雙向升降壓拓撲結構和控制方法。
[0004]目前較為成熟的雙向升降壓變換器包括雙向兩電平變換器和雙向三電平變換器。目前得到應用的雙向兩電平升降壓直流變換器中，雙向Buck-Boost變換器的開關管電壓應力為輸入電壓或輸出電壓，但在任意一個能量流動方向上不能同時實現(xiàn)升壓和降壓變換；雙向Cuk變換器和雙向S^ic-Zeta能在兩個方向上同時實現(xiàn)升壓和降壓變換，但是開關管的電壓應力高，不適合高壓應用場合；四開關Buck-Boost變換器變換器輸入與輸出同極性，開關管電壓應力為輸入電壓或輸出電壓，能在兩個方向上同時實現(xiàn)升壓和降壓變換，并且能在寬輸入電壓范圍內實現(xiàn)高效率電能變換。上述幾種變換器各有優(yōu)劣，但是開關器件承受的電壓應力仍然較高。例如艦船綜合電力系統(tǒng)中，為滿足全電力推進，直流母線電壓高達3000V~6000V，高速鐵路電氣中直流母線電壓為DC2160V~2600V，城市軌道交通的電源電壓通常采用DC7 50V或DC1500V，在這些應用場合，即使是采用四開關Buck-Boost變換器，開關器件承受的電壓應力還是很高，仍然限制了開關器件的選擇和頻率的提升。
[0005]三電平直流變換器具有開關管電壓應力低，輸入和輸出濾波器體積小等優(yōu)點，適用于高輸入或輸出電壓的功率變換場合。具有雙向升降壓功能的三電平直流變換器，并且得到應用的主要有:雙向三電平Buck變換器和雙向三電平Boost變換器。雙向三電平Buck變換器的開關管電壓應力為輸入電壓的一半，雙向三電平Boost變換器的開關管電壓應力為輸出電壓的一半，這兩種拓撲很適合高壓場合，但是雙向三電平Buck變換器和雙向三電平Boost變換器只能在一個方向上實現(xiàn)升壓或降壓的變換。
[0006]此外，具有雙向升降壓功能的變換拓撲還有帶高頻隔離變壓器的DC/DC變換器，主要包括雙向正激變換器、雙向反激變換器、雙端有源橋變換器等。其中雙向正激變換器、雙向反激變換器主要應用在中小功率場合，而雙端有源橋變換器主要適用于中等功率場合，如果需要在大功率場合應用，需要多個變換器并聯(lián)工作，工程實現(xiàn)困難。

【發(fā)明內容】
[0007]本發(fā)明的目的是針對高壓大功率，并且需要能量雙向流動的場合，提出適用的雙向多電平變換器及相應的控制方法。
[0008]本發(fā)明具體的技術方案為一種雙向多電平升降壓變換器，其特征在于包括雙向三電平單元A、雙向三電平單元B、電感Lb及控制系統(tǒng)，雙向三電平單元A包括開關管T1、開關管T2、開關管T3、開關管T4及分壓電容Cbl、Cb2 ;雙向三電平單元B包括開關管T5、開關管T6、開關管T7、開關管T8及分壓電容Cb3、Cb4,
[0009]所述的電容Cbl的正接線端子接電源V1的正極和開關管T1的集電極，電容Cbl的負接線端子接電容Cb2的正接線端子、開關管T3的發(fā)射級和開關管T4的集電極；電容Cb2的負接線端子接電源V1的負極和開關管T2的發(fā)射極；開關管T1的發(fā)射極接開關管T3的集電極和電感Lb的一端；開關管T2的集電極接開關管T4的發(fā)射極、開關管T6的發(fā)射極和開關管T8的集電極；電感Lb的另一端接開關管T7的發(fā)射極和開關管T5的集電極；開關管T5的發(fā)射極接開關管T6的集電極、電容Cb3的負接線端子和電容Cb4的正接線端子；開關管T7的集電極接電容Cb3的正接線端子和電源V2的正極；開關管T8的集電極接開關管T6的發(fā)射極、開關管T4的發(fā)射極和開關管T2的集電極，開關管T8的發(fā)射極接電容Cb4的負接線端子和電源乂2的負極。
[0010]更進一步地，能量正向流動時，由電源V1流向電源V2，可以控制電壓V2或者電感Lb的電流，當電壓V1高于V2時，變換器工作在正向降壓模式，當電壓V1低于V2時，變換器工作在正向升壓模式；能量反向流動時，由電源V2流向電源V1，可以控制電壓V1或者電感Lb的電流，當電壓V2高于V1時，變換器工作在反向降壓模式，當電壓V2低于V1時，變換器工作在反向升壓模式。
[0011]更進一步地，所述的控制系統(tǒng)包括電源V1電壓值的采樣、電源V2電壓值的采樣、電感Lb的電流采樣、電壓調節(jié)器A、電壓調節(jié)器B、電壓調節(jié)器輸出限幅單元、能量流向邏輯判斷單元、電流調節(jié)器、雙向兩模式調制單元、雙向三電平單元A的PWM調制器、雙向三電平單元B的PWM調制器、開關管T1~T4的驅動、開關管T5~T8的驅動，定義能量正向流動時，能量由電源V1流向電源V2，電感電流込>`0 ；能量反向流動時，能量由電源V1流向電源V2，電感電流iLb〈0。
[0012]本發(fā)明的一種雙向多電平升降壓變換器的控制方法，能量正向流動時，能量流向判斷邏輯單元中S1閉合,S2斷開,雙向兩模式調制單元中Ii1=Lk2=O ;能量反向流動時,S1斷開，S2閉合，k1=0, k2=l ;檢測電源V1和V2的電壓值得到V1 samp和V2 samp，分別與指令值V1和V2 M作差得到電壓環(huán)誤差信號V61和V6 2，Ve 2和V61分別經(jīng)過電壓調節(jié)器A和電壓調節(jié)器B后得到調節(jié)器輸出信號2K和1K，ve lE和νε—2K經(jīng)過能量流向邏輯判斷單元的判斷選擇后得到電流環(huán)輸入信號，該信號再經(jīng)過電壓調節(jié)器輸出限幅單元后得到電流內環(huán)的指令信號iu—Mf，iLb_ref與檢測的電感電流值作差得到電流環(huán)的誤差信號U ie經(jīng)過電流調節(jié)器輸出后得到調制信號vM, vM再經(jīng)過雙向兩模式調制單元修正后后分別得到雙向三電平單元A和雙向三電平單元B的調制信號V10和vM—2, vM1分別與載波vtH1和載波Vtai2交截，VM 2分別與載波Vtai5和載波Vtai6交截，再分別通過雙向三電平單元A的PWM調制器和雙向三電平單元B的PWM調制器得到雙向三電平單元A的開關管驅動信號和雙向三電平單元B的開關管驅動信號，其中S1和S2分別為能量正向流動和反向流動時的邏輯開關；k1、k2為調制波疊加分量的系數(shù)J1 samp、V2 3_分別為電源￥1電壓、電源V2電壓和電感電流的采樣值J1 M和V2 M分別表示V1和V2的指令值；vM」和Vm 2分別表示三電平單元A和雙向二電平單兀B的調制彳目號。
[0013]更進一步地，所述的能量流向邏輯判斷單元包括邏輯開關S1和邏輯開關S2,能量正向流動時，電感電流込>0，S1閉合，S2斷開，電壓調節(jié)器A參與控制，電壓調節(jié)器B不參與控制；能量反向流動時，電感電流&〈0，S1斷開，S2閉合，電壓調節(jié)器A不參與控制，電壓調節(jié)器B參與控制。[0014]更進一步地，所述的雙向兩模式調制單元的作用如下:VM—fVM+kJm, Vm2=Vm~k2Vtri ;能量正向流動時,Ic1=Lk2=O, vM—;能量反向流動時 I^1=OA2=LVil2=Viu—Vtri,其中Vtai為載波的峰峰值。
[0015]更進一步地，調制信號Vm經(jīng)過雙向兩模式調制單元后得到調制信號Vm」和Vm 2 ;載波VttiI和載波Vtm之間移相180°，載波Vtai5和載波Vtai6之間移相180° ;調制信號vM1與載波Vtail交截，得到占空比信號d13，d13經(jīng)過驅動放大后得到開關管T1的驅動信號，將占空比信號d13取反，再經(jīng)過驅動放大后得到開關管T3的驅動信號；調制信號vM」與載波Vtai2交截，得到占空比信號d24，d24經(jīng)過驅動放大后得到開關管T2的驅動信號；將占空比信號d24取反，再經(jīng)過驅動放大后得到開關管T4的驅動信號；按照上述調制策略，保證了開關管T1和T2驅動信號移相180°，開關管T3和T4驅動信號移相180°，1\、T3互補導通，T2、T4互補導通；調制信號νΜ—2與載波νω5交截，得到占空比信號d57，d57經(jīng)過驅動放大后得到開關管T5的驅動信號，將占空比信號d57取反，再經(jīng)過驅動放大后得到開關管T7的驅動信號；調制信號vM—2與載波νω6交截，得到占空比信號d68，d68經(jīng)過驅動放大后得到開關管T6的驅動信號；將占空比信號d68取反，再經(jīng)過驅動放大后得到開關管T8的驅動信號；按照上述調制策略，保證了開關管T5和T6驅動信號移相180°，開關管T7和T8驅動信號移相180° , T5, T7互補導通，T6、T8互補導通。
[0016]更進一步地，采用移相加雙向兩模式控制策略，雙向三電平單元A的調制波vM1和雙向三電平單元B的調制波νΜ—2之間滿足:能量正向流動時，Ic1=I, k2=0, vM1=vM 2+Vtri ;當V1高于V2時，Vl ( vM1 ( VH, vM 2恒小于 '，其中\(zhòng)為載波Vtai的最小值，Vh為載波Vtai的最大值，開關管T5和T6 —直關斷，開關管T7和T8 —直導通，此時通過調控雙向三電平單元A中開關管T1~T4的開斷來控制輸出電壓，變換器工作在降壓模式；當V1低于V2時，Vl ( vM 2 ( VH, vmj恒大于VH，開關管T1和T2 —直導通，開關管T3和T4 一直關斷，此時通過調控雙向三電平單元B中開關管T5~T8的開斷來控制輸出電壓，變換器工作在升壓模式；能量反向流動時，^=O, k2=l, Vm 2=Vmj—Vtri ;當V2高于V1時，Vl≤vM 2 ≤ VH, Vm i恒大于Vh,開關管T1和T2 —直導通，開關管T3和T4 一直關斷，此時通過調控雙向三電平單元B中開關管T5~T8的開斷來控制輸出電壓，變換器工作在降壓模式；當V2低于V1時，' (vMJ ( Vh,Vm 2恒小于開關管T5和T6 —直關斷,開關管T7和T8 —直導通,此時通過調控雙向三電平單元A中開關管T1~T4的開斷來控制輸出電壓，變換器工作在升壓模式；所述的雙向兩模式控制策略保證變換器能實現(xiàn)雙向升降變換，并且任意時刻、任意能量流動方向上，當輸入電壓或輸出電壓發(fā)生變化時，變換器能在升壓和降壓兩個模式之間自動平滑切換。
[0017]更進一步地，雙向三電平單元A中開關管1\、T3互補導通，T2、T4互補導通，T1和T2驅動信號移相180°，T3和T4驅動信號移相180° ;雙向三電平單元B中開關管！^、T7互補導通，T6, T8互補導通，T5和T6驅動信號移相180°，T7和T8驅動信號移相180°。[0018]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0019]I)采用多電平結構，雙向三電平單元A中開關管電壓應力減小為電源電壓V1的一半，雙向三電平單元B中開關管電壓應力減小為電源電壓V2的一半，可將小容量的開關管用于大功率場合，開關頻率可以提高，有利于提高變換器的功率密度；
[0020]2)采用移相加雙向兩模式控制方法，雙向兩模式控制使得所述的變換器兩個方向上都能實現(xiàn)在Buck模式和Boost模式之間的自動平滑切換；采用移相控制使得輸入電流、電感電流、輸出電壓、輸出電流的脈動分量減小，脈動頻率提高一倍，濾波器的體積可以大幅度減?。?br> [0021 ] 3 )本發(fā)明能夠在高壓大功率場合下實現(xiàn)能量雙向流動，并且每一個方向上都能同時實現(xiàn)升壓和降壓功能；
[0022]4)本發(fā)明能夠在艦船綜合電力系統(tǒng)中應用，在艦船或潛艇蓄電池充電裝置中應用，也可以在城市軌道交通、高速鐵路電氣、大容量UPS供電系統(tǒng)、新能源發(fā)電系統(tǒng)中儲能電站、直流電機調速等民用市場上應用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1本發(fā)明的雙向多電平升降壓變換器主電路結構圖
[0024]圖2本發(fā)明的雙向多電平升降壓變換器移相加雙向兩模式控制框圖
[0025]圖3本發(fā)明的雙向多電平升降壓變換器開關管驅動波形示意圖(移相加雙向兩模式控制)
[0026]圖4A本發(fā)明的雙向多電平升降壓變換器工作在正向降壓模式且占空比大于或等于0.5時主要波形
[0027]圖4B本發(fā)明的雙向多電平升降壓變換器工作在正向降壓模式且占空比小于0.5時主要波形
[0028]圖5A本發(fā)明的雙向多電平升降壓變換器工作在正向降壓模式且占空比大于或等于0.5時模態(tài)一的等效電路圖
[0029]圖5B本發(fā)明的雙向多電平升降壓變換器工作在正向降壓模式且占空比大于或等于0.5時模態(tài)二的等效電路圖
[0030]圖5C本發(fā)明的雙向多電平升降壓變換器工作在正向降壓模式且占空比大于或等于0.5時模態(tài)三的等效電路圖
[0031 ] 圖本發(fā)明的雙向多電平升降壓變換器工作在正向降壓模式且占空比大于或等于0.5時模態(tài)四的等效電路圖
[0032]圖6A本發(fā)明的雙向多電平升降壓變換器工作在正向降壓模式且占空比小于0.5時豐吳態(tài)一的等效電路圖
[0033]圖6B本發(fā)明的雙向多電平升降壓變換器工作在正向降壓模式且占空比小于0.5時模態(tài)二的等效電路圖
[0034]圖6C本發(fā)明的雙向多電平升降壓變換器工作在正向降壓模式且占空比小于0.5時豐吳態(tài)二的等效電路圖
[0035]圖6D本發(fā)明的雙向多電平升降壓變換器工作在正向降壓模式且占空比小于0.5時模態(tài)四的等效電路圖[0036]圖7A本發(fā)明的雙向多電平升降壓變換器工作在正向升壓模式且占空比大于或等于0.5時主要波形
[0037]圖7B本發(fā)明的雙向多電平升降壓變換器工作在正向升壓模式且占空比小于0.5時主要波形
[0038]圖8A本發(fā)明的雙向多電平升降壓變換器工作在正向升壓模式且占空比大于或等于0.5時模態(tài)一的等效電路圖
[0039]圖SB本發(fā)明的雙向多電平升降壓變換器工作在正向升壓模式且占空比大于或等于0.5時模態(tài)二的等效電路圖
[0040]圖SC本發(fā)明的雙向多電平升降壓變換器工作在正向升壓模式且占空比大于或等于0.5時模態(tài)三的等效電路圖
[0041 ] 圖8D本發(fā)明的雙向多電平升降壓變換器工作在正向升壓模式且占空比大于或等于0.5時模態(tài)四的等效電路圖
[0042]圖9A本發(fā)明的雙向多電平升降壓變換器工作在正向升壓模式且占空比小于0.5時豐吳態(tài)一的等效電路圖
[0043]圖9B本發(fā)明的雙向多電平升降壓變換器工作在正向升壓模式且占空比小于0.5時模態(tài)二的等效電路圖
[0044]圖9C本發(fā)明的雙向多電平升降壓變換器工作在正向升壓模式且占空比小于0.5時豐吳態(tài)二的等效電路 圖
[0045]圖9D本發(fā)明的雙向多電平升降壓變換器工作在正向升壓模式且占空比小于0.5時模態(tài)四的等效電路圖
【具體實施方式】
[0046]下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案進行更詳細的說明。
[0047]本發(fā)明所述的雙向多電平升降壓變換器的主電路拓撲結構如圖1所示，采用的控制方法如圖2所示。能量正向流動時，由電源V1流向電源V2，可以控制電壓V2或者電感電流，當電壓V1高于V2時，變換器工作在正向降壓模式，當電壓V1低于V2時，變換器工作在正向升壓模式；能量反向流動時，由電源V2流向電源V1，可以控制電壓V1或者電感電流，當電壓V2高于V1時，變換器工作在反向降壓模式，當電壓V2低于V1時，變換器工作在反向升壓模式。
[0048]采用移相加雙向兩模式控制策略，雙向三電平單元A的調制波vM_l和雙向三電平單元B的調制波vM—2之間滿足:能量正向流動時，kfl, k2=0, Vmi=Vm2+Vtri ;當V1高于V2時，Vl ( vM1 ( VH, vM 2恒小于Vlj,其中\(zhòng)為載波的最小值，Vh為載波Vfei的最大值，開關管T5和T6 —直關斷，開關管T7和T8 —直導通，此時通過調控雙向三電平單元A中開關管T1~T4的開斷來控制輸出電壓，變換器工作在降壓模式；當V1低于V2時，Vl ( vM 2 ( VH, vmj恒大于νΗ，開關管T1和T2 —直導通，開關管T3和T4 一直關斷，此時通過調控雙向三電平單元B中開關管T5~T8的開斷來控制輸出電壓，變換器工作在升壓模式；能量反向流動時，kfO，k2=l, Vm 2=Vm 1-Vtri ;當 V2 高于 V1 時，Vl ^ vM—2 ( VH, Vm i 恒大于 VH，開關管 T1 和 T2 —直導通，開關管T3和T4 一直關斷，此時通過調控雙向三電平單元B中開關管T5~T8的開斷來控制輸出電壓，變換器工作在降壓模式；當V2低于V1時，' (vMJ ( VH, vM 2恒小于開關管T5和T6 —直關斷，開關管T7和T8 —直導通，此時通過調控雙向三電平單元A中開關管T1~T4的開斷來控制輸出電壓，變換器工作在升壓模式。
[0049]更進一步地，雙向三電平單元A中開關管1\、T3互補導通，T2、T4互補導通，T1和T2驅動信號移相180°，T3和T4驅動信號移相180° ;雙向三電平單元B中開關管！^、T7互補導通，T6, T8互補導通，T5和T6驅動信號移相180°，T7和T8驅動信號移相180°。
[0050]本發(fā)明所述的雙向多電平升降壓變換器左右兩部分，即雙向三電平單元A和雙向三電平單元B完全對稱,能量正向流動時對雙向三電平單元A的控制方法與能量反向流動時對雙向三電平單元B的控制方法完全一致；能量正向流動時對雙向三電平單元B的控制方式與能量反向流動時雙向三電平單元A的控制方式完全一致，如圖3所示。因此，下面主要闡述能量正向流動時，變換器的工作模態(tài)，能量反向流動時，變換器的工作模態(tài)與正向流動時完全類似。分壓電容Cdl~Cd4容量較大，Cdl和Cd2上電壓為/2 ；Cd3和Cd4上電壓為V2/2。
[0051]I)正向降壓模式且占空比大于或等于0.5
[0052]占空比大于0.5，即是圖4A中Ton/Ts≥0.5，其中Ton為開關管Tl的導通時間，Ts為開關周期。
[0053]正向降壓模式下，開關管T5和T6 —直關斷，T7和T8—直導通。T1和T2驅動信號移相180°，T3和T4驅動信號移相180°，T1和T3驅動信號互補，T2和T4驅動信號互補，如圖4A所示。
[0054]模態(tài)l，[tQ~tj =TjPT2同時導通，開關管TjPT4的電壓應力為V/2，電感電流
L線性上升
【權利要求】
1.一種雙向多電平升降壓變換器，其特征在于包括雙向三電平單元A(I)、雙向三電平單元B(2)、電感Lb(3)及控制系統(tǒng)，雙向三電平單元A(I)包括開關管T1、開關管T2、開關管T3、開關管T4及分壓電容Cbl、Cb2 ;雙向三電平單元B(2)包括開關管T5、開關管T6、開關管T7、開關管T8及分壓電容Cb3、Cb4, 所述的電容Cbl的正接線端子接電源V1的正極和開關管T1的集電極，電容Cbl的負接線端子接電容Cb2的正接線端子、開關管T3的發(fā)射級和開關管T4的集電極；電容Cb2的負接線端子接電源V1的負極和開關管T2的發(fā)射極；開關管T1的發(fā)射極接開關管T3的集電極和電感Lb (3)的一端；開關管T2的集電極接開關管T4的發(fā)射極、開關管T6的發(fā)射極和開關管T8的集電極；電感Lb (3)的另一端接開關管T7的發(fā)射極和開關管T5的集電極；開關管T5的發(fā)射極接開關管T6的集電極、電容Cb3的負接線端子和電容Cb4的正接線端子；開關管T7的集電極接電容Cb3的正接線端子和電源V2的正極；開關管T8的集電極接開關管T6的發(fā)射極、開關管T4的發(fā)射極和開關管T2的集電極，開關管T8的發(fā)射極接電容Cb4的負接線端子和電源乂2的負極。
2.如權利要求1所述的一種雙向多電平升降壓變換器，其特征在于能量正向流動時，由電源V1流向電源V2，可以控制電壓V2或者電感Lb (3)，當電壓V1高于V2時，變換器工作在正向降壓模式，當電壓V1低于V2時，變換器工作在正向升壓模式；能量反向流動時，由電源V2流向電源V1，可以控制電壓V1或者電感Lb (3)，當電壓V2高于V1時，變換器工作在反向降壓模式，當電壓V2低于V1時，變換器工作在反向升壓模式。
3.如權利要求1所述的一種雙向多電平升降壓變換器，其特征在于所述的控制系統(tǒng)包括電源V1電壓值的采樣⑷、電源V2電壓值的采樣(5)、電感Lb的電流采樣(6)、電壓調節(jié)器A(7)、電壓調節(jié)器B (8)、電壓調節(jié)器輸出限幅單元(9)、能量流向邏輯判斷單元(10)、電流調節(jié)器(11)、雙向兩模式調制單元(12)、雙向三電平單元A(I)的PWM調制器(13)、雙向三電平單元B (2)的PWM調制器(14)、開關管T1~T4的驅動(15)、開關管T5~T8的驅動(16)，定義能量正向流動 時，能量由電源V1流向電源V2,電感電流込>0 ;能量反向流動時，能量由電源V2流向電源V1，電感電流込〈0。
4.如權利要求3所述的一種雙向多電平升降壓變換器的控制方法，其特征在于， 能量正向流動時，能量流向判斷邏輯單元(10)中S1閉合,S2斷開,雙向兩模式調制單元(12)中kfl, k2=0 ;能量反向流動時，S1斷開,S2閉合,Ii1=O, k2=l ;檢測電源V1和V2的電壓值得到V^amp和V2—samp，分別與指令值Vl Mf和V2—%作差得到電壓環(huán)誤差信號Ve l和和V?！狗謩e經(jīng)過電壓調節(jié)器Α(7)和電壓調節(jié)器Β(8)后得到調節(jié)器輸出信號2Κ和νε1κ，1Κ和2Κ經(jīng)過能量流向邏輯判斷單元(10)的判斷選擇后得到電流環(huán)輸入信號、>，該信號再經(jīng)過電壓調節(jié)器輸出限幅單元(9)后得到電流內環(huán)的指令信號iirf，d與檢測的電感電流值Wsamp作差得到電流環(huán)的誤差信號1、經(jīng)過電流調節(jié)器(11)輸出后得到調制信號vM，vM再經(jīng)過雙向兩模式調制單元(12)修正后后分別得到雙向三電平單元A(I)和雙向三電平單元B⑵的調制信號Vju和VM—2, Vmj分別與載波Vtm和載波Vfei2交截,Vm 2分別與載波Vto5和載波Vtai6交截，再分別通過雙向三電平單元A(I)的PWM調制器(13)和雙向三電平單元Β(2)的PWM調制器(14)得到雙向三電平單元A(I)的開關管驅動信號和雙向三電平單元Β(2)的開關管驅動信號，其中S1和S2分別為能量正向流動和反向流動時的邏輯開關；k1、k2為調制波疊加分量的系數(shù)J1 samp、V2 samp分別為電源V1電壓、電源V2電壓和電感電流的采樣值；Vi M和V2 分別表示V1和V2的指令值；vM」和Vm 2分別表示三電平單兀A(I)和雙向二電平單兀B(2)的調制彳目號。
5.如權利要求4所述的一種雙向多電平升降壓變換器的控制方法，其特征在于所述的能量流向邏輯判斷單元(10)包括邏輯開關S1和邏輯開關S2，能量正向流動時，電感電流LX^S1閉合，S2斷開，電壓調節(jié)器A(7)參與控制，電壓調節(jié)器B (8)不參與控制；能量反向流動時，電感電流込〈04斷開，S2閉合，電壓調節(jié)器A (7)不參與控制，電壓調節(jié)器B (8)參與控制。
6.如權利要求4所述的一種雙向多電平升降壓變換器的控制方法，其特征在于所述的雙向兩模式調制單元(12)的作用如下^iu=VifHk1Vtai, Vm2=Vm一k2Vtri ;能量正向流動時，kfl, k2=0, vM1=vM2+Vtri ;能量反向流動時 Ic1=O, k2=l, Vm2=Vmi一VtH,其中 Vtai 為載波的峰峰值。
7.如權利要求4所述的一種雙向多電平升降壓變換器的控制方法，其特征在于，調制信號Vm經(jīng)過雙向兩模式調制單元(12)后得到調制信號VM1和Vm 2 ;載波Vtail和載波VtH2之間移相180°，載波vtH5和載波vtH6之間移相180° ;調制信號vM1與載波vtH1交截,得到占空比信號d13，d13經(jīng)過驅動放大后得到開關管T1的驅動信號，將占空比信號d13取反，再經(jīng)過驅動放大后得到開關管T3的驅動信號；調制信號vM」與載波vtH2交截，得到占空比信號d24，d24經(jīng)過驅動放大后得到開關管T2的驅動信號；將占空比信號d24取反，再經(jīng)過驅動放大后得到開關管T4的驅動信號；按照上述調制策略，保證了開關管T1和T2驅動信號移相180°，開關管T3和T4驅動信號移相180°，T1, T3互補導通，T2, T4互補導通；調制信號vM 2與載波Vtai5交截，得到占空比信號d57，d57經(jīng)過驅動放大后得到開關管T5的驅動信號，將占空比信號d57取反，再經(jīng)過驅動放大后得到開關管T7的驅動信號；調制信號vM 2與載波Vtai6交截，得到占空比信號d68，d68經(jīng)過驅動放大后得到開關管T6的驅動信號；將占空比信號d68取反，再經(jīng)過驅動放大后得到開關管T8的驅動信號；按照上述調制策略，保證了開關管1~5和T6驅動信號移相180°，開關管T7和T8驅動信號移相180°，T5, T7互補導通，T6, T8互補導通。
8.如權利要求4所述的一種雙向多電平升降壓變換器的控制方法，其特征在于采用移相加雙向兩模式控制策略，雙向三電平單元A(I)的調制波vM1和雙向三電平單元B(2)的調制波vM_2之間滿足:能量正向流動時，Ii1=I, k2=0，vM1=vM 2+Vtri ;當V1高于V2時,Vl≤I≤VH，V12恒小于Vli,其中\(zhòng)為載波vtH的最小值，Vh為載波vtH的最大值，開關管T5和T6 —直關斷，開關管T7和T8 —直導通，此時通過調控雙向三電平單元A(I)中開關管T1~T4的開斷來控制輸出電壓，變換器工作在降壓模式；當V1低于V2時，K vM 2 ( VH, vmj恒大于VH，開關管T1和T2 —直導通，開關管T3和T4 一直關斷，此時通過調控雙向三電平單元B (2)中開關管T5~T8的開斷來控制輸出電壓，變換器工作在升壓模式；能量反向流動時，kfO，k2=l，VM_2=VM_1一Vtri ;當V2高于V1時，Vli < vM 2 ( VH, Vm i恒大于Vh,開關管T1和T2 —直導通,開關管T3和T4 一直關斷，此時通過調控雙向三電平單元B(2)中開關管T5~T8的開斷來控制輸出電壓，變換器工作在降壓模式；當V2低于V1時，' (vMJ ( VH, vM 2恒小于\，開關管T5和T6 —直關斷，開關管T7和T8 —直導通，此時通過調控雙向三電平單元A (I)中開關管T1~T4的開斷來控制輸出電壓，變換器工作在升壓模式；所述的雙向兩模式控制策略保證變換器能實現(xiàn)雙向升降變換，并且任意時刻、任意能量流動方向上，當輸入電壓或輸出電壓發(fā)生變化時，變換器能在升壓和降壓兩個模式之間自動平滑切換。
9.如權利要求8所述的一種雙向多電平升降壓變換器的控制方法，其特征在于，雙向三電平單元A(I)中開關管！\、T3互補導通，T2、T4互補導通，！^和^驅動信號移相180°，T3和T4驅動信號移相180° ;雙向三電平單元B (2)中開關管！^、T7互補導通，T6、T8互補導通，T5和T6驅動信號移相180°， T7和T8驅動信號移相180°。
【文檔編號】H02M3/156GK103746557SQ201310695247
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權日:2013年12月17日
【發(fā)明者】徐林, 耿攀, 楊文鐵, 姚川, 徐正喜, 陳濤, 魏華, 楊勇, 余定峰, 左超, 孫瑜, 羅偉, 吳浩偉, 謝煒, 姜波, 邢賀鵬, 李小謙, 孫朝暉, 李可維, 吳大立, 潘德華, 汪曉峰, 蔡凱, 黃超, 周樑, 余躍聽, 雷津, 袁陽 申請人:中國船舶重工集團公司第七一九研究所