專利名稱：輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)多模塊直流變換器均壓技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)多模塊直流變換器均壓技術(shù)，屬于功率變換中的直流變換器的控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
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(yè)得到廣泛的應(yīng)用。當(dāng)采用單模塊結(jié)構(gòu)時(shí)，主電路功率管需選用高壓開關(guān)管或多管串聯(lián)。當(dāng)選用高壓功率管時(shí)，使整機(jī)成本高，而多管串聯(lián)技術(shù)復(fù)雜只有少數(shù)公司掌握，因此，在高壓輸入的場(chǎng)合，常采用多模塊串聯(lián)的方式。為了提高變換器的效率和可靠性，針對(duì)高壓輸入大電流輸出型直流變換器的拓?fù)浜涂刂品椒ǖ难芯坑泻芏?。隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，電力電子系統(tǒng)集成技術(shù)也成為了一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)多模塊直流變換器系統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題是保證系統(tǒng)中各模塊的輸入端均壓，輸出自然均流。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，當(dāng)前已有多種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊之間的均壓均流控制，但都是基于復(fù)雜的控制策略來(lái)實(shí)現(xiàn)的，使用的元器件種類繁多。典型的如三環(huán)(電壓環(huán)、電流環(huán)、均壓環(huán))控制，需各模塊輸入電壓檢測(cè)信號(hào)，電路復(fù)雜，控制難度高。本專利提出一種不用均壓環(huán)控制，僅用穩(wěn)壓環(huán)和電流環(huán)， 變換器所有模塊運(yùn)行于同一驅(qū)動(dòng)信號(hào)，在相同的占空比下工作，依靠模塊間自然均壓來(lái)實(shí)現(xiàn)均壓均流，電路控制簡(jiǎn)單。并且可以在各個(gè)模塊開始工作時(shí)，占空比緩慢增大，實(shí)現(xiàn)軟開通；在系統(tǒng)正常工作時(shí)，如果有模塊發(fā)生輸入端短路故障，其它模塊可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)新的穩(wěn)定工作狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種新型的控制模式，用以解決輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)多模塊直流變換器的均壓?jiǎn)栴}。該控制方法的特征在于各模塊使用相同的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，在相同占空比下工作，電流采樣為各模塊輸出電流的總電流采樣。在這種控制模式下，穩(wěn)態(tài)工作時(shí)各個(gè)模塊輸入電容上電壓相同。當(dāng)輸入波動(dòng)導(dǎo)致隊(duì)>隊(duì)，則輸出電流L。ut_A> I。ut_B，而兩模塊同步運(yùn)行，輸入電流相等，必然導(dǎo)致模塊A輸入電容的Qbm,則Ua下降，UA,Ub趨于穩(wěn)定。該分析同樣適用于多個(gè)模塊串并聯(lián)組合應(yīng)用。本專利采用相同占空比控制所有模塊，電流采樣為輸出總電流，實(shí)現(xiàn)輸入端各模塊的均壓，這種控制方法的優(yōu)點(diǎn)是(1)該控制方法用于輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)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(huán)控制，電路簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)容易。(2)該控制方法使用相同的占空比，開通時(shí)占空比緩慢變大，可以實(shí)現(xiàn)所有模塊的軟啟動(dòng)工作。(3)該控制方法用于輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)的多模塊直流變換器，當(dāng)其中一個(gè)或多個(gè)模塊輸入端的開關(guān)管失效后而模塊輸入端被短路，各模塊可重新達(dá)到穩(wěn)態(tài)。因此，變換器可以根據(jù)要求而設(shè)計(jì)成n+m冗余組合，使得即使m個(gè)模塊失效輸入端被短路后變換器仍然能正常可靠的運(yùn)行。


圖1是輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)多模塊直流變換器系統(tǒng)控制示意圖。圖2是輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)多模塊直流變換器系統(tǒng)的控制框圖。圖1——圖2的主要符號(hào)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，輸出端的電壓采樣，輸出電壓調(diào)節(jié)器的基準(zhǔn)電壓；(3) i0——直流變換器中各模塊輸出總電流的采樣。
具體實(shí)施例方式圖1為輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)多模塊直流變換器系統(tǒng)控制示意圖，其中模塊1至模塊η 為η個(gè)單獨(dú)的相同直流變換器模塊，模塊1至模塊η在輸入端分別于各自的輸入電容C1至 Cn并聯(lián)，各個(gè)模塊的輸出端并聯(lián)，組成了輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)多模塊直流變換器系統(tǒng)?？刂品绞讲捎秒p環(huán)控制方案，輸出電壓采樣與輸出電壓基準(zhǔn)經(jīng)過(guò)電壓調(diào)節(jié)器，再與輸出總電流采樣經(jīng)過(guò)電流調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后進(jìn)入控制器產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，采用相同的驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)隔離后驅(qū)動(dòng)各個(gè)模塊，各個(gè)模塊采用相同占空比控制。
具體實(shí)施方式
如圖2所示輸出端基準(zhǔn)電壓uMf連接到電壓環(huán)調(diào)節(jié)器的同相輸入端，輸出端的采樣電壓11。接在電壓環(huán)調(diào)節(jié)器的反相輸入端，電壓環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出與輸出濾波電感電流采樣i。分別接入電流內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器的同相輸入端和反相輸入端。電流內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出與經(jīng)同步信號(hào)調(diào)節(jié)后的三角波載波交截產(chǎn)生PWM波，該P(yáng)WM波控制直流變換器的各個(gè)模塊，各個(gè)模塊使用的相同的占空比調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求
1. 一種輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)多模塊直流變換器均壓技術(shù)，模塊電路主拓?fù)洳捎脦Ц綦x變壓器Buck類變換器，控制策略采用電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制，電壓采用輸出電壓， 電流采樣為各模塊輸出電流的總電流采樣，各模塊的功率管驅(qū)動(dòng)信號(hào)采用相同的占空比控制。
全文摘要
隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，電力電子系統(tǒng)集成技術(shù)也成為了一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，在輸入電壓高而輸出電流大的應(yīng)用場(chǎng)合中，輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)多模塊直流變換器得到了廣泛的應(yīng)用。輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)多模塊直流變換器系統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題是保證系統(tǒng)中各模塊的輸入端均壓。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，傳統(tǒng)上使用三環(huán)(電壓環(huán)、電流環(huán)、均壓環(huán))控制，還需各模塊輸入電壓檢測(cè)信號(hào)，電路復(fù)雜，控制難度高。本發(fā)明提出一種輸入端模塊間均壓技術(shù)從而實(shí)現(xiàn)輸入端多模塊的均壓目的。其控制特征如下采用電壓電流雙環(huán)控制方法，電壓采樣為輸出電壓采樣，電流采樣為各模塊輸出電流的總電流采樣，各模塊使用相同占空比大小控制。從而實(shí)現(xiàn)輸入端均壓，電路控制簡(jiǎn)單，還具備一定的冗余性。
文檔編號(hào)H02M3/156GK102208869SQ201110137679
公開日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2011年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月26日
發(fā)明者周峰, 朱琦, 王慧貞, 肖嵐, 龔春英 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)