輸入串聯輸出並聯多模塊直流變換器均壓技術的製作方法
2023-06-09 00:04:06 2
專利名稱：輸入串聯輸出並聯多模塊直流變換器均壓技術的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種輸入串聯輸出並聯多模塊直流變換器均壓技術，屬於功率變換中的直流變換器的控制技術。
背景技術：
目前，高電壓輸入低壓大電流輸出型的直流變換器在電解鋁、軌道交通等行業得到廣泛的應用。當採用單模塊結構時，主電路功率管需選用高壓開關管或多管串聯。當選用高壓功率管時，使整機成本高，而多管串聯技術複雜只有少數公司掌握，因此，在高壓輸入的場合，常採用多模塊串聯的方式。為了提高變換器的效率和可靠性，針對高壓輸入大電流輸出型直流變換器的拓撲和控制方法的研究有很多。隨著電力電子技術的迅速發展，電力電子系統集成技術也成為了一個發展趨勢。輸入串聯輸出並聯多模塊直流變換器系統的關鍵問題是保證系統中各模塊的輸入端均壓，輸出自然均流。為了實現這個目的，當前已有多種方法來實現各個模塊之間的均壓均流控制，但都是基於複雜的控制策略來實現的，使用的元器件種類繁多。典型的如三環(電壓環、電流環、均壓環)控制，需各模塊輸入電壓檢測信號，電路複雜，控制難度高。本專利提出一種不用均壓環控制，僅用穩壓環和電流環， 變換器所有模塊運行於同一驅動信號，在相同的佔空比下工作，依靠模塊間自然均壓來實現均壓均流，電路控制簡單。並且可以在各個模塊開始工作時，佔空比緩慢增大，實現軟開通；在系統正常工作時，如果有模塊發生輸入端短路故障，其它模塊可以自動實現新的穩定工作狀態。
發明內容
本發明提出一種新型的控制模式，用以解決輸入串聯輸出並聯多模塊直流變換器的均壓問題。該控制方法的特徵在於各模塊使用相同的驅動信號，在相同佔空比下工作，電流採樣為各模塊輸出電流的總電流採樣。在這種控制模式下，穩態工作時各個模塊輸入電容上電壓相同。當輸入波動導致隊>隊，則輸出電流L。ut_A> I。ut_B，而兩模塊同步運行，輸入電流相等，必然導致模塊A輸入電容的Qbm,則Ua下降，UA,Ub趨於穩定。該分析同樣適用於多個模塊串並聯組合應用。本專利採用相同佔空比控制所有模塊，電流採樣為輸出總電流，實現輸入端各模塊的均壓，這種控制方法的優點是(1)該控制方法用於輸入串聯輸出並聯的多模塊直流變換器，可以滿足輸入端各模塊均壓的需求，控制上使用雙環控制，電路簡單，實現容易。(2)該控制方法使用相同的佔空比，開通時佔空比緩慢變大，可以實現所有模塊的軟啟動工作。(3)該控制方法用於輸入串聯輸出並聯的多模塊直流變換器，當其中一個或多個模塊輸入端的開關管失效後而模塊輸入端被短路，各模塊可重新達到穩態。因此，變換器可以根據要求而設計成n+m冗餘組合，使得即使m個模塊失效輸入端被短路後變換器仍然能正常可靠的運行。
圖1是輸入串聯輸出並聯多模塊直流變換器系統控制示意圖。圖2是輸入串聯輸出並聯多模塊直流變換器系統的控制框圖。圖1——圖2的主要符號名稱⑴(C1至Cn)——模塊1至模塊η的輸入電容；(2) Uin，U0, u0, Uref——分別為輸入電壓，輸出電壓，輸出端的電壓採樣，輸出電壓調節器的基準電壓；(3) i0——直流變換器中各模塊輸出總電流的採樣。
具體實施例方式圖1為輸入串聯輸出並聯多模塊直流變換器系統控制示意圖，其中模塊1至模塊η 為η個單獨的相同直流變換器模塊，模塊1至模塊η在輸入端分別於各自的輸入電容C1至 Cn並聯，各個模塊的輸出端並聯，組成了輸入串聯輸出並聯多模塊直流變換器系統。控制方式採用雙環控制方案，輸出電壓採樣與輸出電壓基準經過電壓調節器，再與輸出總電流採樣經過電流調節器調節後進入控制器產生驅動信號，採用相同的驅動信號經隔離後驅動各個模塊，各個模塊採用相同佔空比控制。
具體實施方式
如圖2所示輸出端基準電壓uMf連接到電壓環調節器的同相輸入端，輸出端的採樣電壓11。接在電壓環調節器的反相輸入端，電壓環調節器的輸出與輸出濾波電感電流採樣i。分別接入電流內環調節器的同相輸入端和反相輸入端。電流內環調節器的輸出與經同步信號調節後的三角波載波交截產生PWM波，該PWM波控制直流變換器的各個模塊，各個模塊使用的相同的佔空比調節。
權利要求
1. 一種輸入串聯輸出並聯多模塊直流變換器均壓技術，模塊電路主拓撲採用帶隔離變壓器Buck類變換器，控制策略採用電壓外環電流內環的雙環控制，電壓採用輸出電壓， 電流採樣為各模塊輸出電流的總電流採樣，各模塊的功率管驅動信號採用相同的佔空比控制。
全文摘要
隨著電力電子技術的迅速發展，電力電子系統集成技術也成為了一個發展趨勢，在輸入電壓高而輸出電流大的應用場合中，輸入串聯輸出並聯多模塊直流變換器得到了廣泛的應用。輸入串聯輸出並聯多模塊直流變換器系統的關鍵問題是保證系統中各模塊的輸入端均壓。為了實現這個目的，傳統上使用三環(電壓環、電流環、均壓環)控制，還需各模塊輸入電壓檢測信號，電路複雜，控制難度高。本發明提出一種輸入端模塊間均壓技術從而實現輸入端多模塊的均壓目的。其控制特徵如下採用電壓電流雙環控制方法，電壓採樣為輸出電壓採樣，電流採樣為各模塊輸出電流的總電流採樣，各模塊使用相同佔空比大小控制。從而實現輸入端均壓，電路控制簡單，還具備一定的冗餘性。
文檔編號H02M3/156GK102208869SQ201110137679
公開日2011年10月5日 申請日期2011年5月26日 優先權日2011年5月26日
發明者周峰, 朱琦, 王慧貞, 肖嵐, 龔春英 申請人:南京航空航天大學