[发明专利]一种双向多电平升降压变换器及其控制方法

摘要

本发明涉及一种双向多电平升降压变换器及其控制方法，其特征在于包括双向三电平单元A(1)、双向三电平单元B(2)、电感Lb(3)及控制系统，双向三电平单元A(1)包括开关管T1、开关管T2、开关管T3、开关管T4及分压电容Cb1、Cb2；双向三电平单元B(2)包括开关管T5、开关管T6、开关管T7、开关管T8及分压电容Cb3、Cb4。本发明的双向多电平升降压变换器采用移相加双向两模式控制方法，变换器可实现能量双向流动，在两个方向上都能同时实现升压和降压变换。本发明的双向多电平升降压变换器特别适用于高压大功率、能量双向流动的场合。

主权项

一种双向多电平升降压变换器的控制方法，所述的双向多电平升降压变换器包括双向三电平单元A(1)、双向三电平单元B(2)、电感Lb(3)及控制系统，双向三电平单元A(1)包括开关管T1、开关管T2、开关管T3、开关管T4及分压电容Cb1、Cb2；双向三电平单元B(2)包括开关管T5、开关管T6、开关管T7、开关管T8及分压电容Cb3、Cb4，所述的电容Cb1的正接线端子接电源V1的正极和开关管T1的集电极，电容Cb1的负接线端子接电容Cb2的正接线端子、开关管T3的发射级和开关管T4的集电极；电容Cb2的负接线端子接电源V1的负极和开关管T2的发射极；开关管T1的发射极接开关管T3的集电极和电感Lb(3)的一端；开关管T2的集电极接开关管T4的发射极、开关管T6的发射极和开关管T8的集电极；电感Lb(3)的另一端接开关管T7的发射极和开关管T5的集电极；开关管T5的发射极接开关管T6的集电极、电容Cb3的负接线端子和电容Cb4的正接线端子；开关管T7的集电极接电容Cb3的正接线端子和电源V2的正极；开关管T8的集电极接开关管T6的发射极、开关管T4的发射极和开关管T2的集电极，开关管T8的发射极接电容Cb4的负接线端子和电源V2的负极，能量正向流动时，由电源V1流向电源V2，可以控制电压V2或者电感Lb(3)，当电压V1高于V2时，变换器工作在正向降压模式，当电压V1低于V2时，变换器工作在正向升压模式；能量反向流动时，由电源V2流向电源V1，可以控制电压V1或者电感Lb(3)，当电压V2高于V1时，变换器工作在反向降压模式，当电压V2低于V1时，变换器工作在反向升压模式，所述的控制系统包括电源V1电压值的采样(4)、电源V2电压值的采样(5)、电感Lb的电流采样(6)、电压调节器A(7)、电压调节器B(8)、电压调节器输出限幅单元(10)、能量流向逻辑判断单元(9)、电流调节器(11)、双向两模式调制单元(12)、双向三电平单元A(1)的PWM调制器(13)、双向三电平单元B(2)的PWM调制器(14)、开关管T1～T4的驱动(15)、开关管T5～T8的驱动(16)，定义能量正向流动时，能量由电源V1流向电源V2，电感电流iLb>0；能量反向流动时，能量由电源V2流向电源V1，电感电流iLb<0，其特征在于，具体的控制方法如下，能量正向流动时，能量流向逻辑判断单元(9)中S1闭合，S2断开，双向两模式调制单元(12)中k1＝1，k2＝0；能量反向流动时，S1断开，S2闭合，k1＝0，k2＝1；检测电源V1和V2的电压值得到V1_samp和V2_samp，分别与指令值V1_ref和V2_ref作差得到电压环误差信号ve_1和ve_2，ve_2和ve_1分别经过电压调节器A(7)和电压调节器B(8)后得到调节器输出信号ve_2R和ve_1R，ve_1R和ve_2R经过能量流向逻辑判断单元(9)的判断选择后得到电流环输入信号iLb_in，该信号再经过电压调节器输出限幅单元(10)后得到电流内环的指令信号iLb_ref，iLb_ref与检测的电感电流值iLb_samp作差得到电流环的误差信号ie，ie经过电流调节器(11)输出后得到调制信号vM，vM再经过双向两模式调制单元(12)修正后后分别得到双向三电平单元A(1)和双向三电平单元B(2)的调制信号vM_1和vM_2，vM_1分别与载波vtri1和载波vtri2交截，vM_2分别与载波vtri5和载波vtri6交截，再分别通过双向三电平单元A(1)的PWM调制器(13)和双向三电平单元B(2)的PWM调制器(14)得到双向三电平单元A(1)的开关管驱动信号和双向三电平单元B(2)的开关管驱动信号，其中S1和S2分别为能量正向流动和反向流动时的逻辑开关；k1、k2为调制波叠加分量的系数；V1_samp、V2_samp、iLb_samp分别为电源V1电压、电源V2电压和电感电流的采样值；V1_ref和V2_ref分别表示V1和V2的指令值；vM_1和vM_2分别表示双向三电平单元A(1)和双向三电平单元B(2)的调制信号。