[发明专利]一种应用于AC-DC矩阵变换器的控制系统及方法

摘要

本发明公开了一种应用于AC‑DC矩阵变换器的控制系统及方法，针对现有的AC‑DC矩阵变换器的控制方法进行了改进，通过计算与调整控制时间参数的大小，实现了PWM调制，工作频率固定，通过调节占空比改变输出功率大小，一方面解决了脉冲密度调制带来的滤波器设计的困难，另一方面由于采用了0电压激励，可以使用高频器件，并可以进一步提高变换器的功率密度。

主权项

1.一种应用于AC‑DC矩阵变换器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、采用锁相环采集AC‑DC矩阵变换器的三相输入电压，并对三相输入电压进行工作区间分配，并确定每个区间的最大幅值电压U_P、最小幅值电压U_M和中间幅值电压U_N；S2、根据每个区间的最大幅值电压U_P、最小幅值电压U_M和中间幅值电压U_N计算高线电压V_n和低线电压V_m；S3、在锁相环中计算电荷分析比例K；S4、根据电荷分析比例K、高线电压V_n和低线电压V_m计算三相输入电压的等效直流电压V_in；S5、采用负载电压采集单元采集AC‑DC矩阵变换器后接的负载的电压V_o；S6、比较V_in和V_o的大小，若V_in>V_o，则进入步骤S7，否则进入步骤S8；S7、选择Buck模式对AC‑DC矩阵变换器进行控制，在控制参数计算单元中计算控制时间参数，并生成开关控制信号，进入步骤S9；S8、选择Boost模式对AC‑DC矩阵变换器进行控制，在控制参数计算单元中计算控制时间参数，并生成开关控制信号，进入步骤S9；S9、通过开关控制信号控制开关矩阵中各个开关的闭合与断开，从而实现对AC‑DC矩阵变换器主电路的控制；所述步骤S7具体为：选择Buck模式对AC‑DC矩阵变换器进行控制，Buck模式采用低线电压V_m、高线电压V_n以及0电压共同参与的组合方式完成激励，共分为六个工作过程：第1个工作过程采用高线电压V_n进行激励；第2个工作过程采用低线电压V_m进行激励；第3个工作过程采用0电压进行激励；第4个工作过程采用高线电压‑V_n进行激励；第5个工作过程采用低线电压‑V_m进行激励；第6个工作过程采用0电压进行激励；采用作工作状态平面图的方法得到Buck模式下各个工作过程的控制时间参数：以AC‑DC矩阵变换器的谐振电容的电压V_Cr作为横轴，以AC‑DC矩阵变换器的谐振电感的电流i_Lr及其特征阻抗Z_r的乘积作为纵轴建立平面坐标系，在横轴上定义其中n为变压器变比；分别以O₁，O₂，O₃为圆心，以R₁，R₂，R₃为半径作相互连接的六段圆弧，分别对应表示Buck模式的六个工作过程；根据工作状态平面图中的几何关系求解半径R₁，R₂，R₃，具体公式为：其中V_cr1表示Buck模式下的谐振电容电压，计算公式为：其中P_o为负载输出功率，T为谐振电路的谐振周期，C_r为谐振电容值；根据半径R₁，R₂，R₃计算前3个工作过程对应圆弧的相位角θ₁，θ₂，θ₃，具体公式为：其中V₁为第1个工作过程结束后的谐振电容电压，计算公式为：V₂为第2个工作过程结束后的谐振电容电压，计算公式为：根据相位角θ₁，θ₂，θ₃计算前3个工作过程的控制时间参数t₁，t₂，t₃，具体公式为：其中ω为谐振电路的谐振频率，L_r为谐振电感值，C_r为谐振电容值；设定第1个工作过程时间为t₁，第2个工作过程时间为t₂，第3个工作过程时间为t₃，第4个工作过程时间为t₁，第5个工作过程时间为t₂，第6个工作过程时间为t₃，生成开关控制信号；所述步骤S8具体为：选择Boost模式对AC‑DC矩阵变换器进行控制，Boost模式采用低线电压V_m和高线电压V_n共同参与的组合方式完成激励，共分为六个工作过程：第1、2个工作过程均采用高线电压V_n进行激励；第3个工作过程采用低线电压V_m进行激励；第4、5个工作过程均采用高线电压‑V_n进行激励；第6个工作过程采用低线电压‑V_m进行激励；采用作工作状态平面图的方法得到Boost模式下各个工作过程的控制时间参数：以AC‑DC矩阵变换器的谐振电容的电压V_Cr作为横轴，以AC‑DC矩阵变换器的谐振电感的电流i_Lr及其特征阻抗Z_r的乘积作为纵轴建立平面坐标系，在横轴上定义其中n为变压器变比；分别以O₁，O₂，O₃为圆心，以R₁，R₂，R₃为半径作相互连接的六段圆弧，分别对应表示Boost模式的六个工作过程；根据工作状态平面图中的几何关系求解半径R₁，R₂，R₃，具体公式为：其中V_cr2表示Boost模式下的谐振电容电压，计算公式为：其中P_o为负载输出功率，T为谐振电路的谐振周期，C_r为谐振电容值；根据半径R₁，R₂，R₃计算前3个工作过程对应圆弧的相位角θ₁，θ₂，θ₃，具体公式为：其中V₁为第1个工作过程结束后的谐振电容电压，计算公式为：V₂为第2个工作过程结束后的谐振电容电压，计算公式为：根据相位角θ₁，θ₂，θ₃计算前3个工作过程的控制时间参数t₁，t₂，t₃，具体公式为：其中ω为谐振电路的谐振频率，L_r为谐振电感值，C_r为谐振电容值；设定第1个工作过程时间为t₁，第2个工作过程时间为t₂，第3个工作过程时间为t₃，第4个工作过程时间为t₁，第5个工作过程时间为t₂，第6个工作过程时间为t₃，生成开关控制信号。