[发明专利]一种用于三电平全桥直流变换装置的中点电压平衡方法

摘要

本发明公开了一种用于三电平全桥直流变换装置的中点电压平衡方法。本发明的中点电压平衡方法一方面是根据输入电容电压的偏差来调节三电平全桥直流变换装置中外管的导通时间来实现，另一方面是通过控制串联的外管和内管同时开通，但外管较内管提前关断的时序来保证的。采用本发明的中点电压平衡方法，可以省去三电平全桥直流变换装置中的飞跨电容，仅保留箝位二极管即可实现装置中开关器件和分压电容的实时均压，保证中点电压平衡，从而可以选择低电压定额的器件来满足高压场合的需求，有利于提高装置的开关频率，减小体积、重量和成本。

主权项

1.一种用于三电平全桥直流变换装置的中点电压平衡方法，所述三电平全桥直流变换装置包括：第一输入分压电容Cin1、第二输入分压电容Cin2、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7和第八开关管Q8、第一整流二极管DR1、第二整流二极管DR2、第三整流二极管DR3、第四整流二极管DR4、第一箝位二极管Dc1、第二箝位二极管Dc2、第三箝位二极管Dc3、第四箝位二极管Dc4、隔直电容Cb、谐振电感Lr、变压器T、滤波电感Lf、输出滤波电容Cf，其特征在于，所述三电平全桥直流变换装置不包含连接在第一箝位二极管Dc1阴极和第二箝位二极管Dc2阳极两端的飞跨电容，也不包含连接在第三箝位二极管Dc3阴极和第四箝位二极管Dc4阳极两端的飞跨电容，所述第一输入分压电容Cin1和第二输入分压电容Cin2串联连接在直流输入电压Uin之间，其中点为O，所述第一输入分压电容Cin1的正极和负极分别连接在直流输入电压Uin正极与中点O之间，所述第二输入分压电容Cin2的正极和负极分别连接在中点O与直流输入电压Uin负极之间，所述直流输入电压Uin正极还分别连接至第一开关管Q1的集电极和第五开关管Q5的集电极，所述直流输入电压Uin负极还分别连接至第四开关管Q4的发射极和第八开关管Q8的发射极，所述第一开关管Q1的发射极分别连接至第二开关管Q2的集电极和第一箝位二极管Dc1的阴极，所述第五开关管Q5的发射极分别连接至所述第六开关管Q6的集电极和所述第三箝位二极管Dc3的阴极，所述第一箝位二极管Dc1的阳极、第二箝位二极管Dc2的阴极、第三箝位二极管Dc3的阳极和第四箝位二极管Dc4的阴极都连接至中点O，所述第二开关管Q2的发射极分别连接至第三开关管Q3的集电极和谐振电感Lr的第一端，Lr的第二端连接至变压器T的原边第一端，所述第六开关管Q6的发射极分别连接至第七开关管Q7的集电极和隔直电容Cb的第一端，隔直电容Cb的第二端连接至变压器T的原边第二端，所述第三开关管Q3的发射极分别连接至第二箝位二极管Dc2的阳极和第四开关管Q4的集电极，所述第七开关管Q7的发射极分别连接至第四箝位二极管Dc4的阳极和第八开关管Q8集电极，变压器T的副边第一端分别连接至第一整流二极管DR1阳极和第二整流二极管DR2的阴极，变压器T的副边第二端分别连接至第三整流二极管DR3的阳极和第四整流二极管DR4的阴极，第一整流二极管DR1的阴极分别连接第三整流二极管DR3的阴极和滤波电感Lf的第一端，电感Lf的第二端连接至输出滤波电容Cf的正极，并作为输出电压的正极，第二整流二极管DR2的阳极分别连接第四整流二极管DR4的阳极和输出滤波电容Cf的负极，并作为输出电压的负极，所述中点电压平衡方法包括下述步骤：(1)、分别将用于控制第一至第八开关管的控制信号G1、G2、……、G8输送至三电平全桥直流变换装置中相应开关管Q1、Q2、……、Q8，其中，控制信号G2、G3、G6、G7的导通时间固定为小于1/2开关周期的一预定时间段——固定时间T固，控制信号G1、G4、G5、G8的最大导通时间小于所述固定时间T固；(2)、设置所述控制信号G2、G3、G6、G7使得内管第二开关管Q2和第三开关管Q3互补导通，第六开关管Q6和第七开关管Q7互补导通；(3)、设置所述控制信号G1、G2、……、G8使得第一开关管Q1、第二开关管Q2、第七开关管Q7和第八开关管Q8同时导通，第三开关管Q3、第三开关管Q4、第五开关管Q5和第六开关管Q6同时导通；(4)、设置所述控制信号G4与G1的开通时刻相差1/2个开关周期，G5与G8的开通时刻相差1/2个开关周期，G2与G3的开通时刻相差1/2 个开关周期，G6与G7的开通时刻相差1/2个开关周期；(5)、采样获得直流输入电压Uin正极与中点O之间的第一电容电压uCin1以及中点O与直流输入电压Uin负极之间的第二电容电压uCin2；(6)、判断第一电容电压uCin1与第二电容电压uCin2之间的大小关系；(7)、当uCin1>uCin2时，同时增加控制信号G1和G8的导通时间，或者同时减少控制信号G4和G5的导通时间，导通时间变化量Δt＝Δv×(kp+ki/s)，其中，Δv为uCin1和uCin2的电压偏差，其等于uCin1–uCin2，对输入电容电压偏差Δv进行比例积分，kp和ki为对输入电容电压偏差Δv进行比例积分所采用的比例和积分系数；(8)、当uCin1

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