多电平变换器直流侧电压平衡电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种多电平变换器直流侧电压平衡电路，包括信号调理模块、比较控制模块、PWM模块和能量传输模块，上电容和下电容的电压信号通过信号调理模块进行处理后得到两个电压调理信号；比较控制模块接收两个电压调理信号并进行比较，如果上电容电压调理信号的电压值小于下电容电压调理信号的电压值，则向PWM模块输出有效电平控制信号，否则输出无效电平控制信号；当控制信号为有效PWM模块则向能量传输模块发送PWM波，当控制信号为无效则不发送PWM波；能量传输模块接收到有效PWM波后，将下电容两端的电压通过变压器进行能量传输，正向加载到上电容两端，从而将下电容的能量传输到上电容，抵消系统电压的消耗，实现电容电压平衡。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于多电平变换器
，更为具体地讲，涉及一种多电平变换器直流侧电压平衡电路。
技术介绍
多电平变换器直流侧输出由上下两组并联电容串联而成，系统负载连接在DC+(直流侧正端)和DC-(直流侧负端)之间，系统供电电源输入从DC+和DC_mid(直流侧中点)取电。图1是多电平变换器直流侧的等效电路图。如图1所示，供电电源等效为负载R，当直流侧输出DC+和DC-之间的电压稳定不变时，上下两组电容电势必会因为所带负载不同而导致上电容电压越来越低，下电容两端电压越来越高，上电容两端电压越来越低，最终使整个系统偏离正常的工作状态。为解决直流电容电压平衡问题，已经有许多文献进行了相关研究，目前主流的解决方式有两种。一类是通过增加辅助电路进行电容电压平衡，包括采用电感辅助电路和电容辅助电路，其中，采用一级电感辅助电路进行电容电压平衡控制已经在许多场合成功应用。但是此种辅助电路需要两个电感，以及DSP控制发波驱动开关管，其实现方式体积大、结构也相对复杂。另一类是在变流器的数学模型和电压空间矢量PWM(PulseWidthModulation，脉冲宽度调制)实现的基础上，提出的一种基于检测交流侧电流方向的直流电压平衡方法，该平衡方法采用数字控制来进行直流电压平衡，采用该方法，可以使得直流电容电压的平衡调节不受变流器功率因数过低和功率流向的影响，始终以较快的速度保持直流电压的平衡。但是该方法的应用范围有限，例如当系统电源加载在上电容两侧时，该方法无法达到理想效果。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多电平变换器直流侧电压平衡电路，针对多电平变换器直流器上、下电容电压失衡问题设计一种自动平衡硬件电路，提高多电平变换器的稳定性。为实现上述专利技术目的，本技术多电平变换器直流侧电压平衡电路包括信号调理模块、比较控制模块、PWM模块和能量传输模块，其中：信号调理模块包括两组信号调理电路，分别接收多电平变换器直流侧上电容电压信号Uup和下电容电压信号Udown，对电压信号处理后得到满足后续模块处理要求的电压调理信号和将两个电压调理信号并行输入比较控制模块；比较控制模块接收电压调理信号和并进行比较，如果此时向PWM模块输出有效电平控制信号；如果此时向PWM模块输出无效电平控制信号；PWM模块接收比较控制模块输出的控制信号，当控制信号为有效则向能量传输模块发送PWM波，当控制信号为无效则不发送PWM波；能量传输模块包括MOSFET场效应管、变压器和二极管，MOSFET场效应管的G端与PWM模块3的输出端连接，D端和S端中的一端串联变压器的一次侧后与下电容的一端连接，另一端与下电容的另一端连接，变压器的二次侧的一端串联二极管后与上电容的一端连接，另一端与上电容的另一端连接；MOSFET场效应管接收PWM模块发送的PWM波，当PWM波为高电平时，MOSFET场效应管的D端和S端导通，当PWM波为低电平时，MOSFET场效应管的D端和S端断开，通过D端和S端的通断，使变压器的二次侧产生感应电压，与上电容的电压正向叠加。进一步地，信号调理电路采用电压衰减电路。进一步地，电压衰减电路包括放大器A11，电阻R11、R12、R13、R14、R15以及电容C11，其中电阻R11的两端分别连接所取电压信号的电容的正极和放大器A11的反相输入端，电阻R12的两端分别连接所取电压信号的电容的负极和放大器A11的同相输入端，电阻R13的两端分别连接放大器A11的反相输入端和放大器A11的输出端，电阻R14的两端分别连接放大器A11的同相输入端和接地点，电阻R15一端连接放大器A11的输出端，另一端作为调整电压信号的输出端，电容C11两端分别连接调整电压信号的输出端和接地点。进一步地，比较控制模块包括放大器A21、第一电源VCC1、第一电阻R21、第二电源VCC2、第二电阻R22、光耦开关，其中，放大器A21的反相输入端输入电压调理信号正相输入端输入电压调理信号输出端连接光耦开关中发光二极管的负极，光耦开关中发光二极管的正极串联第二电阻R22后连接第二电源VCC2，光耦开关的其中一个输出端接地，另一个输出端串联第一电阻R21后连接第一电源VCC1，该输出端作为电平控制信号的输出端。进一步地，能量传输模块中的变压器采用反激式变压器。本技术多电平变换器直流侧电压平衡电路，包括信号调理模块、比较控制模块、PWM模块和能量传输模块，上电容和下电容的电压信号通过信号调理模块进行处理后得到两个电压调理信号；比较控制模块接收两个电压调理信号并进行比较，如果上电容电压调理信号的电压值小于下电容电压调理信号的电压值，则向PWM模块输出有效电平，否则输出无效电平；PWM模块接收比较控制模块输出的控制信号，当控制信号为有效则向能量传输模块发送PWM波，当控制信号为无效则不发送PWM波；能量传输模块接收到有效PWM波后，将下电容两端的电压通过变压器进行能量传输，正向加载到上电容两端，从而将下电容的能量传输到上电容，抵消系统电压的消耗，实现电容电压平衡。本技术针对多电平变换器直流侧常见的由于上下电容因带载不平衡而造成的偏压且下电容电压高于上电容电压的情况，设计出电压平衡电路，具有电路成本低廉、控制结构简单、系统响应速度快、稳定性高等诸多优点。附图说明图1是多电平变换器直流侧的等效电路图；图2是本技术多电平变换器直流侧电压平衡电路的具体实施方式结构图；图3是本实施例中信号调理电路的电路图；图4是本实施例中比较控制模块电路图；图5是本实施例中PWM模块电路图。具体实施方式下面结合附图对本技术的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本技术。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本技术的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。实施例图2是本技术多电平变换器直流侧电压平衡电路的具体实施方式结构图。如图2所示，本技术多电平变换器直流侧电压平衡电路包括信号调理模块1、比较控制模块2、PWM模块3、能量传输模块4。信号调理模块1包括两组信号调理电路，分别接收多电平变换器直流侧上电容电压信号Uup和下电容电压信号Udown，对电压信号处理后得到满足后续模块处理要求的电压调理信号和将两个电压调理信号并行输入比较控制模块2。电压调理电路的具体参数是根据后续模块的处理要求来设置的。显然，为了保证电压调整信号不改变原电压信号的大小本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多电平变换器直流侧电压平衡电路，其特征在于，包括信号调理模块、比较控制模块、PWM模块和能量传输模块，其中：信号调理模块包括两组信号调理电路，分别接收多电平变换器直流侧上电容电压信号Uup和下电容电压信号Udown，对电压信号处理后得到满足后续模块处理要求的电压调理信号和将两个电压调理信号并行输入比较控制模块；比较控制模块接收电压调理信号和并进行比较，如果此时向PWM模块输出有效电平控制信号；如果此时向PWM模块输出无效电平控制信号；PWM模块接收比较控制模块输出的控制信号，当控制信号为有效则向能量传输模块发送PWM波，当控制信号为无效则不发送PWM波；能量传输模块包括MOSFET场效应管、变压器和二极管，MOSFET场效应管的G端与PWM模块3的输出端连接，D端和S端中的一端串联变压器的一次侧后与下电容的一端连接，另一端与下电容的另一端连接，变压器的二次侧的一端串联二极管后与上电容的一端连接，另一端与上电容的另一端连接；MOSFET场效应管接收PWM模块发送的PWM波，当PWM波为高电平时，MOSFET场效应管的D端和S端导通，当PWM波为低电平时，MOSFET场效应管的D端和S端断开，通过D端和S端的通断使变压器的二次侧产生感应电压，与上电容的电压正向叠加。...

【技术特征摘要】
1.一种多电平变换器直流侧电压平衡电路，其特征在于，包括信号调理模块、比较控制
模块、PWM模块和能量传输模块，其中：
信号调理模块包括两组信号调理电路，分别接收多电平变换器直流侧上电容电压信号
Uup和下电容电压信号Udown，对电压信号处理后得到满足后续模块处理要求的电压调理信号
和将两个电压调理信号并行输入比较控制模块；
比较控制模块接收电压调理信号和并进行比较，如果此时向
PWM模块输出有效电平控制信号；如果此时向PWM模块输出无效电平控制信
号；
PWM模块接收比较控制模块输出的控制信号，当控制信号为有效则向能量传输模块发
送PWM波，当控制信号为无效则不发送PWM波；
能量传输模块包括MOSFET场效应管、变压器和二极管，MOSFET场效应管的G端与PWM模
块3的输出端连接，D端和S端中的一端串联变压器的一次侧后与下电容的一端连接，另一端
与下电容的另一端连接，变压器的二次侧的一端串联二极管后与上电容的一端连接，另一
端与上电容的另一端连接；MOSFET场效应管接收PWM模块发送的PWM波，当PWM波为高电平
时，MOSFET场效应管的D端和S端导通，当PWM波为低电平时，MOSFET场效应管的D端和S端断
开，通过D端和S端的通断使变压器的二次侧产生感应电压，与上电容的电压正向叠加。
2.根据权利要求1所述的多电平变换器直流侧电压平衡电路，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国鹏，屈战，顾进飞，宋福超，何奇，陈凯，
申请(专利权)人：南京能瑞电力科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32