CN105207478A - L型Buck多电平电路电容电压均衡控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及L型Buck多电平电路电容电压均衡控制方法，包括如下步骤：步骤1，对母线上各个电容的电压进行采样；步骤2，计算总电压；步骤3，每个电容通过对电压的采样值进行比较，产生该电容相关的开关管的控制信号，若电压存在不均衡，通过采样与设定的均衡电压值比较，再通过占空比的调节使各个电容上电压平衡。本发明所述的L型Buck多电平电路电容电压均衡控制方法，减少了L型Buck多电平电路的功率损耗，使母线电容电压平衡，减少了输出纹波，增加了输出的精确程度，更适用于要求较为精细且对成本要求不高的应用场合。

Description

L型Buck多电平电路电容电压均衡控制方法

技术领域

本发明涉及电气工程多电平变换器领域，具体说是L型Buck多电平电路电容电压均衡控制方法。

背景技术

随着电力电子技术的飞速发展，在高压应用领域相关的拓扑研究也逐渐增多。在高压应用领域中，变换器处理的功率等级较大，为了获得良好的输出波形质量，往往需要尽可能提高电力电子功率器件的物理开关频率。而大功率开关器件允许的开关频率较低，在提高传统电力电子变换器电压和能量处理等级的同时，却难以改善其输出性能。

鉴于大功率开关器件的功率处理能力和开关频率之间往往存在的矛盾，器件直接串联/并联技术，多重化技术，多电平技术等得到了广泛的研究。多电平变换器及其控制技术的研究正逐渐成为应用领域的研究热点。

近几十年来，多电平变换技术(主要指电压型多电平变换器)得到不断推广。而实现多电平变换器的关键技术之一是变换器拓扑。

采用多电平技术的变换器可避免功率开关器件直接串联，具有输出电压高、谐波含量低、电压变化率小、功率开关器件电压应力小、开关频率低等优点，可应用于中压大功率交流调速、电力系统静止无功补偿等领域。

但是，由于电路中杂散参数、母线上电容的实际差别等因素，造成各个电容上的电压不均衡，这样会对器件的选择带来很大的影响。所以要对母线上的电容进行均压，以保证输出电压更加平稳，各个开关器件的电压应力均衡(相差较小)。

现有最常用的技术方案是使用均压电阻，通过在每个电容旁并联一个相同阻值的均压电阻，以使得电阻上的压降相同，从而使得相并联的电容上电压相同。均压电阻的方法安全可靠，方法简单。缺点就是存在能耗，尤其单体容量较大时，电阻选小了损耗太大，电阻选大了均压速度太慢。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供L型Buck多电平电路电容电压均衡控制方法，减少了L型Buck多电平电路的功率损耗，使母线电容电压平衡，减少了输出纹波，增加了输出的精确程度，更适用于要求较为精细且对成本要求不高的应用场合。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

L型Buck多电平电路电容电压均衡控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，对母线上各个电容的电压进行采样；

步骤2，计算总电压；

步骤3，每个电容通过对电压的采样值进行比较，产生该电容相关的开关管的控制信号，若电压存在不均衡，通过采样与设定的均衡电压值比较，再通过占空比的调节使各个电容上电压平衡。

在上述技术方案的基础上，采用霍尔或电压传感器对母线上各个电容的电压进行采样。

在上述技术方案的基础上，电容数量为N，采用的霍尔或电压传感器的数量为N，

总电压为N个电容采样电压之和。

在上述技术方案的基础上，纵轴上的开关器件选用MOSFET或是IGBT，横轴上的开关器件选用MOSFET或是IGBT。

在上述技术方案的基础上，设定每个电容电压均衡设定值为VC，电路开始工作时，分别对电容电压采样，然后与电容电压均衡设定值VC比较，得到误差值E_Ck，E_C(k-1)，……，E_C1，误差值经PID控制器调节，与三角或锯齿载波比较得到相应的占空比，分别给纵轴上的开关器件和横轴上的开关器件。

本发明所述的L型Buck多电平电路电容电压均衡控制方法，减少了L型Buck多电平电路的功率损耗，使母线电容电压平衡，减少了输出纹波，增加了输出的精确程度，更适用于要求较为精细且对成本要求不高的应用场合。

本发明所述的L型Buck多电平电路电容电压均衡控制方法，由于是多电平拓扑，N电平的话，会使用N-1个电压采样传感器，会使成本增加较多，在要求较为精细且对成本要求不高的应用场合，适于使用该种电压均衡的控制方式。该种方法损耗较小，均衡调节的速度可以通过程序来调节。

附图说明

本发明有如下附图：

图1本发明的原理图；

图2开关器件控制时序图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1、2所示，本发明所述的L型Buck多电平电路电容电压均衡控制方法，包括如下步骤：

步骤1，对母线上各个电容的电压进行采样；

步骤2，计算总电压；

步骤3，每个电容通过对电压的采样值进行比较，产生该电容相关的开关管的控制信号，若电压存在不均衡，通过采样与设定的均衡电压值比较，再通过占空比的调节使各个电容上电压平衡。

在上述技术方案的基础上，采用霍尔或电压传感器对母线上各个电容的电压进行采样。采用高精度的传感器对母线电容分别采样，并采用L-Buck电路的均衡控制策略进行闭环控制，母线电容电压平衡。

在上述技术方案的基础上，电容数量为N，采用的霍尔或电压传感器的数量为N，

总电压为N个电容采样电压之和。

如图1所示，其中：

SV_k，SV_(k-1)，……，SV₁为霍尔或电压传感器，

C_k，C_(k-1)，……，C₁为母线上串联的电容，

S_k1，S_(k-1)1，……，S₂₁为纵轴上的开关器件，一般选用MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor金属-氧化物半导体场效应晶体管)或是IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor绝缘栅双极型晶体管),

S_k2，S_(k-1)2，……，S₁₂为横轴上的开关器件，一般选用MOSFET或是IGBT，

S_Dk1，S_D(k-1)1，……，S_D21和S_Dk2，S_D(k-1)2，……，S_D22都为横轴上的二极管。

设定每个电容电压均衡设定值为VC，电路开始工作时，SV_k，SV_(k-1)，……，SV₁分别对电容电压采样，然后与电容电压均衡设定值VC比较，得到误差值E_Ck，E_C(k-1)，……，E_C1，误差值经PID控制器调节，与三角或锯齿载波比较得到相应的占空比，分别给纵轴上的开关器件和横轴上的开关器件S_k1和S_k2，S_(k-1)1和S_(k-1)2，……，S₂₁和S₂₂，S₁₂。

如图2所示，为开关器件控制时序图，初始S_k2，S_(k-1)2，……，S₁₂全部开通，S_k1，S_(k-1)1，……，S₂₁全部关断。C₁通过S_Dk1，S_D(k-1)1，……，S_D21，S_Dk2，S_D(k-1)2，……，S_D22和S₁₂形成回路。

然后S₁₂关断，L通过S_Dk1，S_D(k-1)1，……，S_D21，S_Dk2，S_D(k-1)2，……，S_D22和S₂₂形成续流回路。

输入给电容充电，SV₁采集C₁上电压，与电容电压均衡设定值VC比较，来控制开通关断时间，使电容电压在均衡值(附近)。

然后S₂₁开通，C₂通过S_Dk1，S_D(k-1)1，……，S_D31，S_Dk2，S_D(k-1)2，……，S_D22，S₂₂和S₂₁形成回路，给输出供电。

接着，S₂₂和S₂₁关断，输入给电容充电，SV₂采集C₂上电压，与电容电压均衡设定值VC比较，来控制开通关断时间，使电容电压在均衡值(附近)。后续工作情况相同。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (5)

1.L型Buck多电平电路电容电压均衡控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，对母线上各个电容的电压进行采样；

步骤2，计算总电压；

步骤3，每个电容通过对电压的采样值进行比较，产生该电容相关的开关管的控制信号，若电压存在不均衡，通过采样与设定的均衡电压值比较，再通过占空比的调节使各个电容上电压平衡。

2.如权利要求1所述的L型Buck多电平电路电容电压均衡控制方法，其特征在于：采用霍尔或电压传感器对母线上各个电容的电压进行采样。

3.如权利要求1所述的L型Buck多电平电路电容电压均衡控制方法，其特征在于：电容数量为N，采用的霍尔或电压传感器的数量为N，

总电压为N个电容采样电压之和。

4.如权利要求1所述的L型Buck多电平电路电容电压均衡控制方法，其特征在于：纵轴上的开关器件选用MOSFET或是IGBT，横轴上的开关器件选用MOSFET或是IGBT。

5.如权利要求1所述的L型Buck多电平电路电容电压均衡控制方法，其特征在于：设定每个电容电压均衡设定值为VC，电路开始工作时，分别对电容电压采样，然后与电容电压均衡设定值VC比较，得到误差值E_Ck，E_C(k-1)，……，E_C1，误差值经PID控制器调节，与三角或锯齿载波比较得到相应的占空比，分别给纵轴上的开关器件和横轴上的开关器件。