一种三电平BUCK电路中点电位平衡控制方法

技术领域

本发明属于电力电子设备控制方法领域，具体涉及一种三电平BUCK电路中点电位平衡控制方法。

背景技术

在DC/DC设备研制过程中，电流纹波是其重要设计指标，电流谐波大小的关键在于电感选取，为减小电流纹波往往采取增大电感感值的方式，电感尺寸相同情况下，电感感值越大，电感的直流电阻越大，引起的电路热损耗也就越多。

DC/DC设备由于体积和结构限制，三电平结构成为优先选择。三电平结构与两电平相比，三电平结构能使功率单元阻断电压减半，并且具有谐波小、损耗低等优势，这间接降低了电感感值。然而三电平结构中普遍存在一个重要问题——中点电压平衡。中点电压即直流母线侧串联电容的中点电压，电感参数偏低会引起中点电压波动，其实质是在每个开关周期内，当有电流流过中点时，直流侧上下两个电容充放电过程相反，电感值偏小续流能力差加剧了中点电压波动。

发明内容

本发明的目的是针对现有三电平DC/DC中点电位波动问题和DC/DC设备研制时电感选取之间的矛盾，提出一种三电平BUCK电路中点电位平衡控制方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明以三电平BUCK电路电流环控制为出发点，外加中点电位平衡，控制输出电流同时保证母线电容电压中点稳定。本发明三电平BUCK电路的DC/DC设备包括：母线侧直流电压源、上母线直流分压电容、下母线直流分压电容、一字型功率单元、滤波器LC及低压侧直流电压源。所述的母线侧直流电压源正极连接上母线直流分压电容，母线侧直流电压源负极连接下母线直流分压电容，通过上母线直流分压电容和下母线直流分压电容将直流电压平均分配为两部分，以中点N为零电位，上母线直流分压电容上的电压幅值为U

本发明的具体实施步骤如下所述：

所述控制方法仅基于直流侧母线电压、下半母线分压电容电压以及低压侧电流采样。

步骤1、对上母线直流分压电容C

U

其中，U

步骤2、直流上母线与直流下母线之间的母线电压差为ΔU

ΔU

当中点电压偏向于上母线方向时，母线电压差ΔU

步骤3、计算上下管导通时间，给定电流

步骤4、确定两只开关管Q1和Q4的导通时间修正，由(1)-(2)式，此时上母线直流分压电容电压和下母线分压电容电压大小分别为：

由式(3)可知，若保证中点电位平衡，当ΔU

按照式(4)，编写设备控制程序，输出相应占空比PWM波，控制三电平BUCK电路DC/DC设备运行，即可实现对设备的中点电位平衡控制。

本发明的有益效果：

1、本发明从实际电路设计角度出发，仅需要对直流侧母线电压、下母线分压电容电压和电感电流进行采样，其中直流侧母线电压、下母线分压电容电压共地，减小硬件设计难度。

2、本发明将通过计算给出了准确的三电平BUCK电路中点电位补偿时间的相关计算，实现在电感参数偏低情况下的三电平DCDC中点电位控制，而且精简了设备程序实现过程，减少设备主控芯片运算量，间接节省了硬件设计成本。

附图说明

图1为三电平BUCK电路DC/DC原理图；

图2为本发明三电平BUCK电路中点电位平衡控制结构框图。

图3为不使能中点电位控制时，上、下母线分压电容电压波形示意图；

图4为使能中点电位控制时，上、下母线分压电容电压波形示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，三电平BUCK电路DC/DC设备包括：母线侧直流电压源U

本发明的三电平BUCK电路中点电位平衡控制方法具体步骤如下：

步骤1、对上母线直流分压电容C

U

其中，U

步骤2、直流上母线与直流下母线之间的母线电压差为ΔU

ΔU

当中点电压偏向于上母线方向时，母线电压差ΔU

步骤3、计算上下管导通时间，如图2，给定电流

步骤4、确定两只开关管Q1和Q4的导通时间修正，由式(1)-(2)，此时上母线直流分压电容电压和下母线分压电容电压大小分别为：

由式(3)可知，若保证中点电位平衡，当ΔU

如图3所示，不使能中点电位控制时，上、下母线分压电容电压波形未能稳在中点位置，中点电压逐渐偏移，致使设备运行异常。如图4所示，在加入补偿项之后，使能中点电位控制，上下母线分压电容电压基本稳定，设备运行正常。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。