[发明专利]隔离式双向三电平变换器的漏感电流直接斜率控制方法

摘要

本发明涉及一种基于隔离式双向三电平变换器的漏感电流直接斜率控制方法，属于电力电子领域。通过对漏感电流高速实时地直接采样，实现漏感电流的直接控制。即使存在变压器匝比误差和电路寄生参数，也可以实现漏感电流斜率较好的控制。从而降低了电路的电流应力和环流损耗。所述主电路低压侧由具有有源嵌位电路的电流型半桥拓扑构成，高压侧采用三电平半桥拓扑，控制策略：采样输出电压、输入电流及漏感电流，经过数字运算控制器（DSP）运算，再通过数字PI调节器产生占空比和移相角，控制原副边的开关管，直接控制电路功率的传输方向和漏感电流斜率，从而实现较小的电流应力和环流损耗以及电路双向运行的无缝切换。

主权项

一种隔离式双向三电平变换器的漏感电流直接斜率控制方法，其特征在于：控制方法基于隔离式双向三电平变换器拓扑，主电路低压侧由具有有源嵌位电路的电流型半桥拓扑构成，高压侧采用三电平半桥拓扑；隔离式双向三电平变换器的漏感电流直接斜率控制方法包括两个控制环路，脉宽调制（PWM）控制环和移相控制环；具体控制步骤如下：步骤一：移相控制环通过电压传感器采样高压侧电压V₂的值作为移相控制环的电压反馈，计算电压给定值V_ref与V₂的差值，该差值作为电压环PI调节器的输入，电压环PI调节器输出作为电流环的给定；步骤二：通过电流传感器采样低压侧电流I_in的值作为移相控制环的电流反馈，计算电流环给定值与I_in的差值作为电流环PI调节器的输入，电流环PI调节器输出作为副边开关管载波与基准载波的移相角Φ；步骤三：通过数字运算控制器（DSP）生成基准载波V_tr1，依据其数据手册，设定开关频率为50kHz，初始相位为0；同时产生与基准载波相位差180°，开关频率相同的交错载波V_tr2；步骤四：基准载波的相位与移相控制环输出的移相角Φ叠加得到相位为Φ，开关频率与基准载波相同（50kHz）的载波V_tr3；设定载波V_tr3的比较值为V_tr3峰值的一半，即V_{tr3（peak）}/2，从而得到副边开关的驱动信号，其占空比0.5，其与原边开关管的移相角为Φ；步骤五：在复杂可编程逻辑器件（CPLD）中，通过将驱动信号S₁、S₂、Q_2a逻辑与同S₃、S₄、Q_1a逻辑与的结果进行或运算，从而得到一个逻辑控制信号，输入数字运算控制器（DSP）作为DSP在每一个开关周期内开始采样漏感电流的触发信号；步骤六：DSP接收到控制信号变为高电平时，开始通过电流传感器和内部数模转换器（AD）进行对漏感电流在一个开关周期内的第一次采样，记为_iLr1；步骤七：完成第一次采样后，DSP进行二十分之一的开关周期的延迟计时（在50khz的开关频率下为1us），之后对漏感电流进行第二次采样，记为_iLr2；步骤八：通过i_Lr1减去i_Lr2作为漏感电流斜率输入PWM控制环的PI调节器，输出作为载波V_tr1和V_tr2的比较值，其中与V_tr1比较产生的控制信号作为开关管Q₁的PWM驱动信号，反向后作为开关管Q_1a的PWM驱动信号；与V_tr2比较产生的控制信号作为开关管Q₂的PWM驱动信号，反向后作为开关管Q_2a的PWM驱动信号；步骤九：变换器上电后，数字控制器依据设定的控制方法产生原副边开关管的PWM信号，变换器开始工作：PWM控制环通过电流传感器采样变压器漏感电流，在开关周期级时间内计算漏感电流斜率，按照步骤五至步骤八调节原边开关管的占空比，控制变压器原边电压，实现原副边电压匹配，从而使得漏感电流斜率在功率传递阶段为零，有效地降低了电路的电流应力和环流损耗，提高了变压器功率密度和效率；步骤十：当副边电压低于给定时，原边开关管信号相位超前于副边开关管，变换器工作在升压(boost)模式,实现副边电压的稳定；当副边电压高于给定时，移相控制的外环调节器饱和，此时原边开关管信号相位滞后于副边开关管，此时变压器工作在降压(buck)模式，实现原边恒流源输出。