[发明专利]无环流单相双Buck全桥逆变器及其控制策略

权利要求书

1.一种双Buck全桥逆变器的单极性调制无环流控制策略，其特征在于：

双Buck全桥逆变器由直流输入电压源V_in、第一开关管(S₁)、第二开关管(S₂)、第三开关管(S₃)、第四开关管(S₄)、第一二极管(D₁)、第二二极管(D₂)、第三二极管(D₃)、第四二极管(D₄)、正向滤波电感(L_P)、反向滤波电感(L_N)、公用滤波电感(L_f)和负载(Z)构成；其中，直流输入电压源(V_in)的正极连于第一开关管(S₁)的集电极、第二开关管(S₂)的集电极、第三二极管(D₃)的阴极和第四二极管(D₄)的阴极；第一开关管(S₁)的发射极连于正向滤波电感(L_P)的一端和第一二极管(D₁)的阴极；正向滤波电感(L_P)的另一端连于第三二极管(D₃)的阳极、公用滤波电感(L_f)的一端和第三开关管(S₃)的集电极；公用滤波电感(L_f)的另一端连于负载(Z)的一端；第二开关管(S₂)的发射极连于反向滤波电感(L_N)的一端和第二二极管(D₂)的阴极；反向滤波电感(L_N)的另一端连于第四二极管(D₄)的阳极、第四开关管(S₄)的集电极和负载(Z)的另一端；直流输入电压源(V_in)的负极连于第一二极管(D₁)的阳极、第三开关管(S₃)的发射极、第四开关管(S₄)的发射极和第二二极管(D₂)的阳极；

其控制系统由电压外环和电流内环组成；输出电压采样值v_os与电压基准v_ref比较得到电压误差值；电压误差值经过电压外环调节器G_V处理，输出为公用滤波电感(L_f)的电流基准i_{Lf_ref}；公用滤波电感(L_f)电流的采样值i_Lfs与电流基准i_{Lf_ref}比较得到电流误差值；电流误差值经过电流内环调节器G_I处理，输出为调制波v_r；这里的电压调节器G_V和电流调节器G_I为比例-积分调节器、或比例-积分-微分调节器、或比例-谐振调节器；

公用滤波电感(L_f)的电流基准i_{Lf_ref}与0比较，当i_{Lf_ref}＞＝0时，输出信号I_P为逻辑高电平1，输出信号I_N为逻辑低电平0；当i_{Lf_ref}＜0时，输出信号I_N为逻辑高电平1，输出信号I_P为逻辑低电平0；调制方式采用单极性调制；v_TriP为正三角波，v_TriN为负三角波，二者幅值相等；

在公用滤波电感(L_f)的电流基准i_{Lf_ref}＞＝0时，第二开关管(S₂)和第三开关管(S₃)保持关断，第一开关管(S₁)和第四开关管(S₄)调制工作：

当v_r＞＝v_TriP时，第一开关管(S₁)和第四开关管(S₄)导通，桥臂中点A_P和B_P之间的电压为V_in；

当v_TriP＞v_r＞＝0时，第四开关管(S₄)和第一二极管(D₁)导通，桥臂中点A_P和B_P之间的电压为0；

当0＞v_r＞＝v_TriN时，第一开关管(S₁)和第四二极管(D₄)导通，桥臂中点A_P和B_P之间的电压为0；

当v_TriN＞v_r时，第一开关管(S₁)和第四开关管(S₄)均不导通，第一二极管(D₁)和第四二极管(D₄)导通，桥臂中点A_P和B_P之间的电压为-V_in；

在公用滤波电感(L_f)的电流基准i_{Lf_ref}＜0时，第一开关管(S₁)和第四开关管(S₄)保持关断，第二开关管(S₂)和第三开关管(S₃)调制工作：

当v_r＞＝v_TriP时，第二开关管(S₂)和第三开关管(S₃)均不导通，第二二极管(D₂)和第三二极管(D₃)导通，桥臂中点A_N和B_N之间的电压为V_in；

当v_TriP＞v_r＞＝0时，第二开关管(S₂)和第三二极管(D₃)导通，桥臂中点A_N和B_N之间的电压为0；

当0＞v_r＞＝v_TriN时，第三开关管(S₃)和第二二极管(D₂)导通，桥臂中点A_N和B_N之间的电压为0；

当v_TriN＞v_r时，第二开关管(S₂)和第三开关管(S₃)导通，桥臂中点A_N和B_N之间的电压为-V_in。

2.一种双输入双Buck全桥逆变器的单极性调制无环流控制策略，其特征在于：

所述一种双输入双Buck全桥逆变器由高压直流输入电压源V_H、低压直流输入电压源V_L、第一开关管(S₁)、第二开关管(S₂)、第三开关管(S₃)、第四开关管(S₄)、第五开关管(S₅)、第六开关管(S₆)、第一二极管(D₁)、第二二极管(D₂)、第三二极管(D₃)、第四二极管(D₄)、第五二极管(D₅)、第六二极管(D₆)、正向滤波电感(L_P)、反向滤波电感(L_N)、公用滤波电感(L_f)和负载(Z)构成；其中，所述高压直流输入电压源(V_H)的正极连于第一开关管(S₁)的集电极、第六二极管(D₆)的阴极、第五二极管(D₅)的阴极和第二开关管(S₂)的集电极；第一开关管(S₁)的发射极连于第一二极管(D₁)的阴极和第三开关管(S₃)的集电极；第三开关管(S₃)的发射极连于正向滤波电感(L_P)的一端和第三二极管(D₃)的阴极；正向滤波电感(L_P)的另一端连于公用滤波电感(L_f)的一端、第六二极管(D₆)的阳极和第六开关管(S₆)的集电极；公用滤波电感(L_f)的另一端连于负载(Z)的一端；第二开关管(S₂)的发射极相连于第二二极管(D₂)的阴极和第四开关管(S₄)的集电极；第四开关管(S₄)的发射极连于反向滤波电感(L_N)的一端和第四二极管(D₄)的阴极；反向滤波电感(L_N)的另一端连于第五二极管(D₅)的阳极、第五开关管(S₅)的集电极和负载(Z)的另一端；低压直流输入电压源(V_L)的正极连于第一二极管(D₁)的阳极和第二二极管(D₂)的阳极；高压直流输入电压源(V_H)的负极相连于低压直流输入电压源(V_L)的负极、第三二极管(D₃)的阳极、第六开关管(S₆)的发射极、第五开关管(S₅)的发射极和第四二极管(D₄)的阳极；

输出电压采样值v_os与电压基准v_ref比较得到电压误差值；电压误差值经过电压外环调节器G_V处理，输出为公用滤波电感(L_f)的电流基准i_{Lf_ref}；公用滤波电感(L_f)电流的采样值i_Lfs与电流基准i_{Lf_ref}比较得到电流误差值；电流误差值经过电流内环调节器G_I处理，输出为调制波v_r；这里的电压调节器G_V和电流调节器G_I为比例-积分调节器、或比例-积分-微分调节器、或比例-谐振调节器；

公用滤波电感(L_f)的电流基准i_{Lf_ref}与0比较，当i_{Lf_ref}＞＝0时，输出信号I_P为逻辑高电平1，输出信号I_N为逻辑低电平0；当i_{Lf_ref}＜0时，输出信号I_N为逻辑高电平1，输出信号I_P为逻辑低电平0；调制方式采用单极性调制；v_Tri1P和v_Tri2P为正三角波，v_Tri1N和v_Tri2N为负三角波，v_Tri1P和v_Tri1N幅值相等，为Δv_Tri1；v_Tri2P和v_Tri2N幅值相等，为Δv_Tri2；Δv_Tri1和Δv_Tri2满足：

四个三角载波从上至下依次为v_Tri1P、v_Tri2P、v_Tri1N和v_Tri2N；v_Tri1P和v_Tri2P的分界值为Δv_Tri2，v_Tri2P和v_Tri1N的分界值为0，v_Tri1N和v_Tri2N的分界值为-Δv_Tri1；

在公用滤波电感(L_f)的电流基准i_{Lf_ref}＞＝0时，第二开关管(S₂)、第四开关管(S₄)和第六开关管(S₆)保持关断，第一开关管(S₁)、第三开关管(S₃)和第五开关管(S₅)调制工作：

当v_r＞＝v_Tri1P时，第一开关管(S₁)、第三开关管(S₃)和第五开关管(S₅)导通，桥臂中点A_P和B_P之间的电压为V_H；

当v_Tri1P＞v_r＞＝v_Tri2P时，第一二极管(D₁)、第三开关管(S₃)和第五开关管(S₅)导通，桥臂中点A_P和B_P之间的电压为V_L；

当v_Tri2P＞v_r＞＝0时，第三二极管(D₃)和第五开关管(S₅)导通，桥臂中点A_P和B_P之间的电压为0；

当0＞v_r＞＝v_Tri1N时，第一开关管(S₁)、第三开关管(S₃)和第五二极管(D₅)导通，桥臂中点A_P和B_P之间的电压为0；

当v_Tri1N＞v_r＞＝v_Tri2N时，第一二极管(D₁)、第三开关管(S₃)和第五二极管(D₅)导通，桥臂中点A_P和B_P之间的电压为V_L-V_H；

当v_Tri2N＞v_r时，第三二极管(D₃)和第五二极管(D₅)导通，桥臂中点A_P和B_P之间的电压为-V_H；

在公用滤波电感(L_f)的电流基准i_{Lf_ref}＜0时，第一开关管(S₁)、第三开关管(S₃)和第五开关管(S₅)保持关断，第二开关管(S₂)、第四开关管(S₄)和第六开关管(S₆)调制工作：

当(-v_r)＞＝v_Tri1P时，第二开关管(S₂)、第四开关管(S₄)和第六开关管(S₆)导通，桥臂中点A_N和B_N之间的电压为-V_H；

当v_Tri1P＞(-v_r)＞＝v_Tri2P时，第二二极管(D₂)、第四开关管(S₄)和第六开关管(S₆)导通，桥臂中点A_N和B_N之间的电压为-V_L；

当v_Tri2P＞(-v_r)＞＝0时，第四二极管(D₄)和第六开关管(S₆)导通，桥臂中点A_N和B_N之间的电压为0；

当0＞(-v_r)＞＝v_Tri1N时，第二开关管(S₂)、第四开关管(S₄)和第六二极管(D₆)导通，桥臂中点A_N和B_N之间的电压为0；

当v_Tri1N＞(-v_r)＞＝v_Tri2N时，第二二极管(D₂)、第四开关管(S₄)和第六二极管(D₆)导通，桥臂中点A_N和B_N之间的电压为V_H-V_L；

当v_Tri2N＞(-v_r)时，第四二极管(D₄)和第六二极管(D₆)导通，桥臂中点A_N和B_N之间的电压为V_H。