[发明专利]多电平变换器直流侧电压平衡电路

说明书

技术领域

本发明属于多电平变换器技术领域，更为具体地讲，涉及一种多电平变换器直流侧电压平衡电路。

背景技术

多电平变换器直流侧输出由上下两组并联电容串联而成，系统负载连接在DC+(直流侧正端)和DC-(直流侧负端)之间，系统供电电源输入从DC+和DC_mid(直流侧中点)取电。图1是多电平变换器直流侧的等效电路图。如图1所示，供电电源等效为负载R_S，当直流侧输出DC+和DC-之间的电压稳定不变时，上下两组电容电势必会因为所带负载不同而导致上电容电压越来越低，下电容两端电压越来越高，上电容两端电压越来越低，最终使整个系统偏离正常的工作状态。

为解决直流电容电压平衡问题，已经有许多文献进行了相关研究，目前主流的解决方式有两种。一类是通过增加辅助电路进行电容电压平衡，包括采用电感辅助电路和电容辅助电路，其中，采用一级电感辅助电路进行电容电压平衡控制已经在许多场合成功应用。但是此种辅助电路需要两个电感，以及DSP控制发波驱动开关管，其实现方式体积大、结构也相对复杂。

另一类是在变流器的数学模型和电压空间矢量PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)实现的基础上，提出的一种基于检测交流侧电流方向的直流电压平衡方法，该平衡方法采用数字控制来进行直流电压平衡，采用该方法，可以使得直流电容电压的平衡调节不受变流器功率因数过低和功率流向的影响，始终以较快的速度保持直流电压的平衡。但是该方法的应用范围有限，例如当系统电源加载在上电容两侧时，该方法无法达到理想效果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多电平变换器直流侧电压平衡电路，针对多电平变换器直流器上、下电容电压失衡问题设计一种自动平衡硬件电路，提高多电平变换器的稳定性。

为实现上述发明目的，本发明多电平变换器直流侧电压平衡电路包括信号调理模块、比较控制模块、PWM模块和能量传输模块，其中：

信号调理模块包括两组信号调理电路，分别接收多电平变换器直流侧上电容电压信号U_up和下电容电压信号U_down，对电压信号处理后得到满足后续模块处理要求的电压调理信号和将两个电压调理信号并行输入比较控制模块；

比较控制模块接收电压调理信号和并进行比较，如果此时向PWM模块输出有效电平控制信号；如果此时向PWM模块输出无效电平控制信号；

PWM模块接收比较控制模块输出的控制信号，当控制信号为有效则向能量传输模块发送PWM波，当电平信号为无效则不发送PWM波；

能量传输模块包括MOSFET场效应管、变压器和二极管，MOSFET场效应管的G端与PWM模块3的输出端连接，D端和S端中的一端串联变压器的一次侧后与下电容的一端连接，另一端与下电容的另一端连接，变压器的二次侧的一端串联二极管后与上电容的一端连接，另一端与上电容的另一端连接；MOSFET场效应管接收PWM模块发送的PWM波，当PWM波为高电平时，MOSFET场效应管的D端和S端导通，当PWM波为低电平时，MOSFET场效应管的D端和S端断开，通过D端和S端的通断，使变压器的二次侧产生感应电压，与上电容的电压正向叠加。

进一步地，信号调理电路采用电压衰减电路。

进一步地，电压衰减电路包括放大器A₁₁，电阻R₁₁、R₁₂、R₁₃、R₁₄、R₁₅以及电容C₁₁，其中电阻R₁₁的两端分别连接所取电压信号的电容的正极和放大器A₁₁的反相输入端，电阻R₁₂的两端分别连接所取电压信号的电容的负极和放大器A₁₁的同相输入端，电阻R₁₃的两端分别连接放大器A₁₁的反相输入端和放大器A₁₁的输出端，电阻R₁₄的两端分别连接放大器A₁₁的同相输入端和接地点，电阻R₁₅一端连接放大器A₁₁的输出端，另一端作为调整电压信号的输出端，电容C₁₁两端分别连接调整电压信号的输出端和接地点。