[发明专利]多相交错并联直流变换器及其控制方法

说明书

本发明提供了一种多相交错并联直流变换器及其控制方法，多相交错并联直流变换器包括：主电路和控制电路，主电路为多相交错并联boost变换器，控制电路用于控制所述主电路中各开关管导通，控制电路包括：内电压环和外电压环，内电压环包括依次串联的第一模数转换器、减法器、PI控制器、加法器、数模转换器、第一比较器和数模逻辑控制模块；外电压环包括串联的第二模数转换器和斜坡补偿模块，所述第二模数转换器输入端电连接所述主电路输入端，所述斜坡补偿模块输出端电连接所述加法器第二输出端。本发明通过双电压环的设置取代了现有技术中电压环加电流环的控制方式，提高了多相交错并联直流变换器的动态控制性能并降低了系统成本。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及一种多相交错并联直流变换器控制电路及其控制方法。

背景技术

近年来，随着分布式储能与可再生新能源的发展，人们对高性能的直流变换器（DC-DC Converter）的关注日益密切。在分布式储能与可再生新能源接入电网前，通常需要经过升压变换器处理。在众多升压变换器拓扑结构中多相交错并联结构因其具有功率密度高、效率高以及输入端电流脉动小等优点而备受关注。相比于传统的升压变换器和开关电容变换器，多相交错并联直流变换器的电感和电容的大小可以选择更小。因此，多相交错并联直流变换器具有重要的研究价值。在多相交错并联直流变换器控制策略中通常需要对其并联项的电感电流进行控制，这是由于不平衡的相电感电流会引起某一相的电流应力过大从而导致热耗增加，严重时还会引起电感磁饱和最终导致器件损坏。因此多相交错并联直流变换器的控制策略通常需要引入电流环对相电流进行控制。然而当多相交错并联直流变换器并联相很多的情况，过多的电流传感器引入会增加系统的控制成本。因此研究多相交错并联直流变换器的无电流传感器控制电路及其控制方法具有重要的意义。

多相交错并联直流变换器的基本结构如图1所示，其中，输入电压源Vin与多相升压电路相连。每一相升压电路是由电感、等效串联电阻和半桥臂组成。最后多相的电感电流汇总后通过滤波电容C到输出负载。由于采用交错并联的形式运行，因此相邻相之间的电感电流相位差360/N°，其中N表示的是并联的相数。

传统多相并联升压变换器的控制方法采用峰值电流控制，它需要高精度和高采样频率的电流传感器对每相电感电流进行采样，并在电感电流达到设定峰值时切换开关，从而导致控制成本随着并联相数增加而急剧增加，这阻碍了多相并联升压变换器在实际工业中的应用。为了降低控制的成本，Sandeep Kolluri 在标题为Analysis, modeling,design and implementation of average current mode control for interleavedboost converter（IEEE 10th International Conference on Power Electronics andDrive Systems (PEDS), 2013, pp. 280-285）的文献中提出了一种针对两相交错并联的升压变换器的平均电流模式控制方法。这种控制策略中电流环只需要采集每相电感电流的平均值就能实现电流环的控制，然而电流传感器的数量仍然没有减少。随后Hung-Chi Chen在标题为Decoupled Current-Balancing Control With Single-Sensor Sampling-Current Strategy For Two-Phase Interleaved Boost-Type Converters（IEEE Trans.Ind. Electron., vol. 63, no. 3, pp. 1507-1518, Mar. 2015）的文献中针对两相交错并联的升压变换器提出了一种解耦电流平衡控制。这种控制策略的电压环和电流环均采用PI控制器，且只需要采集其中一相电感电流的平均值。这种控制策略进一步降低了控制的成本。

综上所述，现有技术中的对多相交错并联直流变换器的控制电路和控制方法都离不开电流传感器的使用，而电流传感器的使用必然会增加系统的成本，因此，提出一种多相交错并联直流变换器的无电流传感器控制电路及其控制方法十分必要。

发明内容