模块化多级联NIBB的电感电流平均值采样滤波方法技术

本发明专利技术公开了属于DC‑DC变换器采样滤波技术领域的一种模块化多级联NIBB的电感电流平均值采样滤波方法。包括：通过调制模式判定模块，根据每一个非反向Buck‑Boost电路的占空比、移相比判定当前调制模式；根据非反向Buck‑Boost电路的数学模型和当前调制模式所设计的电感电流采样时刻精确计算模块；根据非反向Buck‑Boost电路当前调制模式所设计的电感电流采样值滤波与坏点剔除模块。由此，通过该控制方法可以提高模块化多并联非反向Buck‑Boost电路的电感电流平均值采样精确度，从而提高变换器的控制性能。

【技术实现步骤摘要】
模块化多级联NIBB的电感电流平均值采样滤波方法
本专利技术涉及DC-DC变换器采样滤波
，尤其涉及模块化多级联NIBB的电感电流平均值采样滤波方法。
技术介绍
非反向Buck-Boost变换器(non-invertingBuck-Boostconverter，NIBB)是一种可实现直流电升降压变换的非隔离式DC-DC变换器，已被应用于电动汽车充电系统、光伏发电并网系统、不间断供电系统、功率因数校正变换器等场合。图1所示即为NIBB电路拓扑结构示意图。设变换器输入端桥臂(下文称为Buck桥臂)中开关管Q1的占空比为d1；变换器输出端桥臂(下文称为Boost桥臂)中开关管Q3的占空比为d2；开关管Q1领先开关管Q3的移相比为d3。随着Buck桥臂和Boost桥臂的占空比组合与移相比的不同，NIBB电路具有多种不同的调制模式，其电感电流也具有不同的波形。在实际应用中，考虑到效率和电应力问题，往往使得NIBB电路工作在开关管Q1的上升沿与Q3的上升沿对齐或开关管Q1的下降沿与Q3的下降沿对齐的调制模式，并使得占空比d1、d2尽可能大，如图2、图3、图4、图5所示。在大容量电能变换系统中，往往采用如图6所示的模块化多并联NIBB变换器的结构；为了减少无源元件体积、提高功率密度，也常同时采用载波层叠或载波移相控制方式降低系统的总输出纹波。这使得其中每一个NIBB电路模块的电感电流纹波相对于其平均值较大，采样得到的电感电流值随采样时刻的变化非常剧烈。而常规的采样方法选取采样时刻较为随意，难以准确地得到各NIBB电路模块的电感电流平均值，不利于各个模块的自身控制与多个级联模块之间的均压、均功率控制。此外，在功率半导体器件开关动作瞬间及开关动作之后的一段时间，其开关过程会对采样电路产生较大的电磁干扰，影响采样精度甚至导致坏点。常规采样方法并不能确保采样点总是避开功率半导体的开关动作时刻，也有可能会导致电感电流平均值存在严重的采样误差。针对现有技术对模块化多并联非反向Buck-Boost变换器的电感电流平均值进行采样时存在的采样精度差、易受到开关过程电磁干扰等问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种模块化多级联NIBB的电感电流平均值采样滤波方法，其特征在于，使用非反向Buck-Boost电路的数学模型精确计算各子模块电感电流平均值的采样时刻，并根据该电路的调制模式设计不同的坏点剔除方法，包括以下步骤：步骤1：通过调制模式判定模块，根据每一个非反向Buck-Boost电路的Buck桥臂上管占空比d1、Boost桥臂上管占空比d2、Buck桥臂上管领先Boost桥臂上管的移相比d3判定非反向Buck-Boost电路当前的调制模式；步骤2：通过采样时刻计算模块，计算每一个非反向Buck-Boost电路子模块的电感电流平均值采样时刻；根据非反向Buck-Boost电路的数学模型和当前调制模式所设计的采样时刻计算模块，基于每一个d1、d2、d3，依据当前电路所处的调制模式，使用不同的计算方法计算电感电流平均值在一个开关周期内的采样时刻；步骤3：通过采样值滤波模块，计算该周期的电感电流平均值；根据非反向Buck-Boost电路当前调制模式所设计的电感电流采样值滤波模块，基于每一个开关周期内的所有采样值，根据当前电路所处的调制模式，使用不同的滤波和坏点剔除方法计算该周期的电感电流平均值。所述步骤1中判定非反向Buck-Boost电路当前的调制模式的方法如下：若d1<d2且d3＝0，则非反向Buck-Boost电路当前为降压后沿脉冲调制模式；若d1≥d2且d3＝0，则非反向Buck-Boost电路当前为升压后沿脉冲调制模式；若d1<d2且d3＝1-d2+d1，则非反向Buck-Boost电路当前为降压前沿脉冲调制模式；若d1≥d2且d3＝d1-d2，则非反向Buck-Boost电路当前为升压前沿脉冲调制模式；若d1、d2和d3不符合以上任何一种情况，则非反向Buck-Boost电路当前为复杂调制模式。所述步骤2中计算电感电流平均值在一个开关周期内的采样时刻的方法如下：(a)若当前电路处于降压后沿脉冲调制模式，该开关周期内采样2次，各次采样时刻ts分别按照如下表达式进行计算：(b)若当前电路处于升压后沿脉冲调制模式，该开关周期内采样2次，各次采样时刻ts分别按照如下表达式进行计算：(c)若当前电路处于降压前沿脉冲调制模式，该开关周期内采样2次，各次采样时刻ts分别按照如下表达式进行计算：(d)若当前电路处于升压前沿脉冲调制模式，该开关周期内采样2次，各次采样时刻ts分别按照如下表达式进行计算：(e)若当前电路处于复杂调制模式，该开关周期内采样5次，各次采样时刻ts分别按照如下表达式进行计算：其中，Ts为开关周期，采样时刻ts的下标数字代表开关周期内的第几次采样，Dmin为所用功率半导体器件从接收到开关动作的驱动信号到不再产生过大电磁干扰的最短时间；(a)(b)中采样时刻的起始时间与Buck桥臂上管的脉冲上升沿时刻相同，(c)(d)中采样时刻的起始时间与Buck桥臂上管的脉冲下降沿时刻相同，(e)中采样时刻的起始时间选取任意一个功率半导体器件的脉冲上升沿或下降沿时刻。所述步骤3中电感电流平均值的计算方法如下：若当前电路处于降压后沿脉冲调制模式或升压后沿脉冲调制模式，电感电流平均值IL按照如下表达式进行计算：若当前电路处于降压前沿脉冲调制模式或升压前沿脉冲调制模式，电感电流平均值IL按照如下表达式进行计算：若当前电路处于复杂调制模式，电感电流平均值IL按照如下表达式进行计算：其中iL(tsi)，i＝1,2,3,4,5，代表本开关周期内第i次电感电流采样值，Itol为可接受的电感电流均值采样误差，iLmax为本开关周期内所有电感电流采样值中的最大值，iLmin为本开关周期内所有电感电流采样值中的最小值。本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术提出的电感电流采样时刻计算模块是使用非反向Buck-Boost电路的数学模型设计的，精确计算了各子模块电感电流平均值的采样时刻，在大部分常见的调制模式下减少了每个开关周期内的采样次数；2、本专利技术提出的电感电流采样值滤波模块是根据非反向Buck-Boost电路的调制模式设计的，不同的调制模式具有不同的坏点剔除方法，在大部分常见的调制模式下剔除了功率半导体开关动作时刻附近的错误采样数据，提高了采样准确性。附图说明图1为本专利技术实施例的单个NIBB电路模块拓扑结构示意图；图2为NIBB电路模块工作在降压脉冲后沿调制模式的波形示意图；图3为NIBB电路模块工作在升压脉冲后沿调制模式的波形示意图；图4为NIBB电路模块工作在降压脉冲前沿调制模式的波形示意图；图5为NIBB电路模块工作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模块化多级联NIBB的电感电流平均值采样滤波方法，其特征在于，使用非反向Buck-Boost电路的数学模型精确计算各子模块电感电流平均值的采样时刻，并根据该电路的调制模式设计不同的坏点剔除方法，包括以下步骤：/n步骤1：通过调制模式判定模块，根据每一个非反向Buck-Boost电路的Buck桥臂上管占空比d

【技术特征摘要】
1.一种模块化多级联NIBB的电感电流平均值采样滤波方法，其特征在于，使用非反向Buck-Boost电路的数学模型精确计算各子模块电感电流平均值的采样时刻，并根据该电路的调制模式设计不同的坏点剔除方法，包括以下步骤：
步骤1：通过调制模式判定模块，根据每一个非反向Buck-Boost电路的Buck桥臂上管占空比d1、Boost桥臂上管占空比d2、Buck桥臂上管领先Boost桥臂上管的移相比d3判定非反向Buck-Boost电路当前的调制模式；
步骤2：通过采样时刻计算模块，计算每一个非反向Buck-Boost电路子模块的电感电流平均值采样时刻；根据非反向Buck-Boost电路的数学模型和当前调制模式所设计的采样时刻计算模块，基于每一个d1、d2、d3，依据当前电路所处的调制模式，使用不同的计算方法计算电感电流平均值在一个开关周期内的采样时刻；
步骤3：通过采样值滤波模块，计算该周期的电感电流平均值；根据非反向Buck-Boost电路当前调制模式所设计的电感电流采样值滤波模块，基于每一个开关周期内的所有采样值，根据当前电路所处的调制模式，使用不同的滤波和坏点剔除方法计算该周期的电感电流平均值。


2.根据权利要求1所述的模块化多级联NIBB的电感电流平均值采样滤波方法，其特征在于，所述步骤1中判定非反向Buck-Boost电路当前的调制模式的方法如下：
若d1<d2且d3＝0，则非反向Buck-Boost电路当前为降压后沿脉冲调制模式；
若d1≥d2且d3＝0，则非反向Buck-Boost电路当前为升压后沿脉冲调制模式；
若d1<d2且d3＝1-d2+d1，则非反向Buck-Boost电路当前为降压前沿脉冲调制模式；
若d1≥d2且d3＝d1-d2，则非反向Buck-Boost电路当前为升压前沿脉冲调制模式；
若d1、d2和d3不符合以上任何一种情况，则非反向Buck-Boost电路当前为复杂调制模式。


3.根据权利要求1所述的模块化多级联NIBB的电感电流平均值采样滤波方法，其特征在于，所述步骤2中计算电感电流平均值在一个开关周...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁幸，赵争鸣，陈凯楠，袁立强，
申请(专利权)人：清华大学，国网湖北省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11