模块化多电平谐振变换器的软启动控制方法技术

本发明专利技术涉及直流‑直流变换技术，旨在提供一种模块化多电平谐振变换器的软启动控制方法。该模块化多电平结构谐振变换器的模块化逆变电路包含两个串联的桥臂和两个串联的电容，每个桥臂均包含一个电感和至少一个与电感串联的子模块；每个子模块均具有相同结构，包含一个上开关管、一个下开关管和一个电容；所述的软启动控制是指，通过逐步增加模块化逆变电路中分别插入两个桥臂电路的子模块数目，从而逐步改变各桥臂电压和模块化逆变电路输出电压的幅度，实现在开关频率不变的前提下使输出电压由零平滑提升至额定电压。本发明专利技术在开关频率不变的前提下，实现模块化多电平谐振变换器的软启动，避免了传统高频启动时高开关损耗。

Soft Start Control Method of Modular Multilevel Resonant Converter

【技术实现步骤摘要】
模块化多电平谐振变换器的软启动控制方法
本专利技术涉及直流-直流变换技术，具体涉及电力电子
中模块化多电平谐振变换器的电压控制方法，用于实现中高压直流向低压直流的宽范围变换。
技术介绍
在电力系统、舰艇等应用场合，常需要将中高压直流转化为低压直流，例如中压直流电网向工业民用低压电网配电。在这类应用中，中国专利技术专利“一种谐振型电力电子变流器及变流器装置”(申请号201310309952.7)提出的模块化多电平谐振变换器MMR(ModularMultilevelResonant，后级DC/DC隔离电路)集成了模块化多电平变换器和谐振变换器的优势，具有较好的应用前景。模块化多电平结构使MMR中压侧能承受高压，谐振型结构使功率器件能实现软开关，保证了MMR的高效率。MMR在启动时存在较大的谐振电流浪涌，可能使电感、变压器等磁元件饱和，并损坏功率器件，为抑制该电流浪涌，传统做法是以数倍于谐振频率的开关频率启动，并随输出电压抬升逐步降频。但过高的开关频率还是会导致较大开关损耗，导致器件在启动时过热，影响可靠性。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是，提供一种模块化多电平谐振变换器的软启动控制方法。该方法通过逐步调整模块化逆变电路各桥臂中插入电路的子模块数目，在不调节开关频率前提下，使输出电压由零平滑提升至额定电压，且能避免出现过流现象。为解决技术问题，本专利技术提出的解决方案是：提供一种模块化多电平结构谐振变换器的软启动控制方法，所述模块化多电平结构谐振变换器包括模块化逆变电路、谐振网络、变压器、整流器和输出电容，模块化逆变电路经谐振网络接至变压器的原边，变压器的副边依次连接整流器和输出电容；模块化逆变电路包含两个串联的桥臂和两个串联的电容，每个桥臂均包含一个电感和至少一个与电感串联的子模块；每个子模块均具有相同结构，包含一个上开关管、一个下开关管和一个电容，上开关管与下开关管串联后并接至电容的两侧；所述的软启动控制是指，通过逐步增加模块化逆变电路中分别插入两个桥臂电路的子模块数目，从而逐步改变各桥臂电压和模块化逆变电路输出电压的幅度，实现在开关频率不变的前提下使输出电压由零平滑提升至额定电压。本专利技术中，在模块化逆变电路的上下桥臂中，每个子模块中的上开关管和下开关管的导通角互补，且不会同时导通。本专利技术中，所述软启动控制的过程具体包括：(1)在启动之初，两个桥臂电压均为输入电压的一半，谐振变换器的谐振电流iL和输出电压Vo均为零；(2)软启动开始时，上、下桥臂中各有一个子模块执行开关动作，使两个桥臂电压各产生一个阶梯的方波，其阶梯幅度与子模块电容电压vc一致且彼此互补；同时，模块化逆变电路出现谐振电流，其输出电压的幅值是vc/2，输出电流Vo由零开始提升；(3)随着上、下桥臂中执行开关动作的子模块数目逐步增加，谐振变换器的谐振电流逐步变大，其输出电压逐步提升至额定值。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术在开关频率不变的前提下，实现模块化多电平谐振变换器的软启动，避免了传统高频启动时高开关损耗。附图说明图1：本专利技术中模块化多电平谐振变换器MMR的拓扑结构示例；图2：MMR启动之初的桥臂电压波形图；图3：MMR桥臂1个子模块动作的波形图；图4：MMR桥臂k个子模块动作的波形图；图5：采用本软启动控制方法的典型仿真波形图。附图标记或代号：10模块化逆变电路、101桥臂、102桥臂、20谐振网络、30变压器、40整流器、50输出电容、Cell子模块、S1子模块上开关管、S2子模块下开关管、C子模块电容、vc子模块电容电压、gi子模块驱动信号、L桥臂电感、iL谐振电流、im励磁电流、Vi变换器输入电压、Vo变换器输出电压、g11～g1N和g21～g2N桥臂101、102的驱动信号、N桥臂子模块数目、k上开关管常通的子模块数目、v11～v1N101桥臂子模块电容电压、v21～v2N102桥臂子模块电容电压。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。本专利技术作用的模块化多电平谐振变换器MMR(如图1所示)，包括逆变电路10、谐振网络20、变压器30、整流器40和输出电容50，谐振网络20由一个电感与一个电容组成。逆变电路10与谐振网络20位于变压器30的原边；整流器40和输出电容50位于变压器30的副边；Vi、Vo分别是变换器输入和输出电压；逆变电路10包含两个串联的桥臂和两个串联的电容，每个桥臂均包含一个电感L和至少一个与电感串联的子模块Cell；每个子模块Cell均具有相同结构，包含一个上开关管S1、一个下开关管S2和一个电容C，开关管S2、S2串联后并接至电容C的两侧。子模块Cell的开关信号是gi，gi直接控制S1，S2的控制信号与gi互补。驱动信号g11～g1N根据上桥臂子模块电压和均压控制分配给上桥臂各子模块，驱动信号g21～g2N按同样的方法给配给下桥臂，具体的均压控制方法不在本专利讨论范围之内。图2-4示例性展示了MMR软启动控制方法。启动之初如图2所示，上桥臂和下桥臂电压varm1和varm2电压都维持在Vi/2(输入电压的一半)，此时MMR谐振电流iL为0，输出电压Vo为0。接着，上、下桥臂中的各一个子模块执行开关动作，如图3所示，varm1和varm2产生一个阶梯的方波，阶梯幅度是vc(子模块电容电压)，varm1与varm2互补，根据图1模块化逆变电路的输出电压，幅值是vc/2。此时MMR出现谐振电流，输出电流Vo由0提升。随着执行开关动作的子模块数目逐步增加(2,3,….)，谐振电流逐步变大，输出电压Vo逐步提升至额定值。图4展示了k个子模块执行开关动作的波形图。图5展示了采用本软启动方法控制的MMR的典型仿真波形图。随着执行开关动作的子模块逐步增多，谐振电流iL、变压器励磁电流im和输出电压Vo逐步增大，Vo缓慢提升至额定值，iL、im不存在大的过冲。虽然通过优选实施例进一步详细地说明并描述了本专利技术，但是本专利技术不局限于所公开的实例，本领域技术人员可以从中得出其他变形，而不脱离本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模块化多电平结构谐振变换器的软启动控制方法，其特征在于，所述模块化多电平结构谐振变换器包括模块化逆变电路、谐振网络、变压器、整流器和输出电容，模块化逆变电路经谐振网络接至变压器的原边，变压器的副边依次连接整流器和输出电容；模块化逆变电路包含两个串联的桥臂和两个串联的电容，每个桥臂均包含一个电感和至少一个与电感串联的子模块；每个子模块均具有相同结构，包含一个上开关管、一个下开关管和一个电容，上开关管与下开关管串联后并接至电容的两侧；所述的软启动控制是指，通过逐步增加模块化逆变电路中分别插入两个桥臂电路的子模块数目，从而逐步改变各桥臂电压和模块化逆变电路输出电压的幅度，实现在开关频率不变的前提下使输出电压由零平滑提升至额定电压。

【技术特征摘要】
1.一种模块化多电平结构谐振变换器的软启动控制方法，其特征在于，所述模块化多电平结构谐振变换器包括模块化逆变电路、谐振网络、变压器、整流器和输出电容，模块化逆变电路经谐振网络接至变压器的原边，变压器的副边依次连接整流器和输出电容；模块化逆变电路包含两个串联的桥臂和两个串联的电容，每个桥臂均包含一个电感和至少一个与电感串联的子模块；每个子模块均具有相同结构，包含一个上开关管、一个下开关管和一个电容，上开关管与下开关管串联后并接至电容的两侧；所述的软启动控制是指，通过逐步增加模块化逆变电路中分别插入两个桥臂电路的子模块数目，从而逐步改变各桥臂电压和模块化逆变电路输出电压的幅度，实现在开关频率不变的前提下使输出电压由零平滑提升至额定电压。2.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵帅，李雨岑，张军明，李武华，李楚杉，姚文熙，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33