一种谐振开关电容变换器及其控制方法技术

本申请提供了一种谐振开关电容变换器RSCC及其控制方法，该RSCC包括：输入电容和输出电容、N个并联的RSC支路、以及控制器。控制器用于确定N个谐振单元的特征电流的平均值，该特征电流为谐振单元在一个谐振开关周期内的瞬时电流的有效值或峰值。在确定第一谐振单元的特征电流大于平均值时，减小第一开关单元中的充电开关的控制信号的占空比，充电开关导通时对应的支路处于充电阶段。或，在确定第一谐振单元的特征电流小于平均值时，减小第一开关单元中的放电开关的控制信号的占空比，放电开关导通时对应的支路处于放电阶段。本申请提供的RSCC，能够实现RSCC中各个并联支路均流，从而使得各个支路的开关的应力和损耗均匀化。而使得各个支路的开关的应力和损耗均匀化。而使得各个支路的开关的应力和损耗均匀化。

【技术实现步骤摘要】
一种谐振开关电容变换器及其控制方法


[0001]本申请涉及电路领域，更具体地，涉及一种谐振开关电容变换器及其控制方法。

技术介绍

[0002]随着光伏发电、电动汽车、可再生能源系统对电力电子变换器需求的不断增加。传统的直流变换器，普遍采用电感、变压器等磁性元件来传递能量，体积大、功率密度低。同时，这些变换器多工作在硬开关状态，开关损耗大、效率低。
[0003]与传统的开关电容变换器相比，谐振开关电容变换器(resonant switched capacitor converter，RSCC)采用谐振单元(谐振电感和谐振电容)传递能量，不仅减小了变换器的体积，同时，其充放电电容均工作在谐振状态，因此不存在电流尖峰问题，可以应用于输出电流较大的场合。
[0004]当RSCC中包括多个并联的支路时，其变换功率可以提升，但是由于电路参数的不同，可能导致RSCC中各个支路的电流不均，影响RSCC中的功率开关器件的应力和损耗。

技术实现思路

[0005]本申请提供一种谐振开关电容变换器及其控制方法，能够实现RSCC中各个并联支路均流，从而使得各个支路的开关的应力和损耗均匀化。
[0006]第一方面，提供了一种谐振开关电容变换器，包括：输入电容和输出电容，N个并联的谐振开关电容支路，N个谐振开关电容支路中的每个包括开关单元和谐振单元，以及控制器，控制器用于控制开关单元中的开关的导通状态，使得谐振单元在充电阶段从输入电容获取电能，以及使得谐振单元在放电阶段将电能输出至输出电容。其中，控制器还用于：确定N个谐振单元的特征电流的平均值，N个谐振单元与N个谐振开关电容支路一一对应，该特征电流为谐振单元在一个谐振开关周期内的瞬时电流的有效值或峰值。在确定第一谐振单元的特征电流大于平均值时，减小第一开关单元中的充电开关的控制信号的占空比，其中，在该充电开关导通时，其对应的谐振开关电容支路处于充电阶段。或者，在确定第一谐振单元的特征电流小于平均值时，减小第一开关单元中的放电开关的控制信号的占空比，其中，在该放电开关导通时，其对应的谐振开关电容支路处于放电阶段。其中，第一谐振单元是N个谐振单元中的任一个，第一开关单元是第一谐振单元所在的谐振开关电容支路中的开关单元，N为大于1的整数。
[0007]具体而言，控制器可以确定一个谐振开关周期内分别流过N个谐振单元的瞬时电流的有效值或峰值，该有效值或峰值也可以称为特征电流，进一步计算N个特征电流的平均值，该平均值可以理解为每个谐振单元所承受的标准电流。在确定第一谐振单元的特征电流大于平均值时，说明第一开关单元中的开关所承受的电流大于标准电流，控制器可以用于减小充电开关的控制信号的占空比，通过这种方式，第一谐振单元所在的支路处于充电阶段的时间将会减小，在下一个谐振开关周期内，第一谐振单元的特征电流将会减小，从而第一开关单元中的开关所承受的应力和损耗将会减小。在确定第一谐振单元的特征电流小
于平均值时，说明流过第一开关单元中的开关的电流低于标准电流，控制器可以用于减小放电开关的控制信号的占空比，通过这种方式，第一谐振单元所在的支路处于放电阶段的时间将会减小，在下一个谐振开关周期内，第一谐振单元的特征电流将会增大，从而第一开关单元中的开关所承受的应力和损耗将会趋向平均化。
[0008]因此，本申请提供的谐振开关电容变换器RSCC，能够实现RSCC中各个并联支路均流，从而使得各个支路的开关的应力和损耗均匀化，防止部分支路中的开关承受过高的应力和损耗引起的电路故障。
[0009]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，控制器具体用于：在确定第一谐振单元的特征电流大于平均值且第一谐振单元的特征电流与平均值的差值大于第一阈值时，减小充电开关的控制信号的占空比。或者，在确定第一谐振单元的特征电流小于平均值且第一谐振单元的特征电流与平均值的差值大于第二阈值时，减小放电开关的控制信号的占空比。
[0010]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，控制器具体用于：检测N个谐振单元的瞬时电流，根据N个谐振单元的瞬时电流确定N个谐振单元的特征电流，并根据N个谐振单元的特征电流计算平均值。
[0011]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，控制器包括采样单元和控制单元，采样单元具体用于：采集N个谐振单元的瞬时电流信息，并向控制单元发送N个谐振单元的瞬时电流信息。控制单元具体用于：接收N个谐振单元的瞬时电流信息，根据N个谐振单元的瞬时电流信息确定N个谐振单元的特征电流，并根据N个谐振单元的特征电流计算平均值。
[0012]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，谐振开关电容变换器为两电平谐振开关电容变换器，谐振单元包括串联连接的谐振电容和谐振电感，开关单元包括第一开关和第二开关，第一开关为充电开关，第二开关为放电开关，N个谐振开关电容支路中的每个还包括第一二极管、第二二极管。第一开关的第一端和输入电容的第一端连接，第一开关的第二端和第二开关的第一端、谐振单元的第一端连接，第二开关的第二端和输入电容的第二端连接。谐振单元的第二端和第一二极管的阳极、第二二极管的阴极连接，第一二极管的阴极和输出电容的第一端连接，第二二极管的阳极和输出电容的第二端连接。
[0013]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，谐振开关电容变换器为中点钳位NPC型三电平谐振开关电容变换器，谐振单元包括串联连接的谐振电容和谐振电感，输入电容包括第一电容和第二电容，开关单元包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，第一开关为充电开关，第四开关为放电开关，N个谐振开关电容支路中的每个还包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管。第一开关的第一端和第一电容的第一端连接，第一开关的第二端和第二开关的第一端、第三二极管的阴极连接，第二开关的第二端和第三开关的第一端、谐振单元的第一端连接，第三开关的第二端和第四开关的第一端、第四二极管的阳极连接，第四开关的第二端和第二电容的第二端连接，第二电容的第一端和第一电容的第二端、第三二极管的阳极、第四二极管的阴极连接。谐振单元的第二端和第一二极管的阳极、第二二极管的阴极连接，第一二极管的阴极和输出电容的第一端连接，第二二极管的阳极和输出电容的第二端连接。
[0014]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，谐振开关电容变换器为有源中点钳位ANPC型三电平谐振开关电容变换器，谐振单元包括串联连接的谐振电容和谐振电感，输入
电容包括第一电容和第二电容，开关单元包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关和第六开关，第一开关为充电开关，第四开关为放电开关，N个谐振开关电容支路中的每个还包括第一二极管、第二二极管。第一开关的第一端和第一电容的第一端连接，第一开关的第二端和第二开关的第一端、第五开关的第一端连接，第二开关的第二端和第三开关的第一端、谐振单元的第一端连接，第三开关的第二端和第四开关的第一端、第六开关的第二端连接，第四开关的第二端和第二电容的第二端连接，第二电容的第一端和第一电容的第二端、第五开关的第二端、第六开关的第一端连接。谐振单元的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种谐振开关电容变换器，其特征在于，包括：输入电容和输出电容；N个并联的谐振开关电容支路，所述N个谐振开关电容支路中的每个包括开关单元和谐振单元；控制器，所述控制器用于控制所述开关单元中的开关的导通状态，使得所述谐振单元在充电阶段从所述输入电容获取电能，以及使得所述谐振单元在放电阶段将所述电能输出至所述输出电容，其中，所述控制器还用于：确定N个谐振单元的特征电流的平均值，所述N个谐振单元与所述N个谐振开关电容支路一一对应，所述特征电流为所述谐振单元在一个谐振开关周期内的瞬时电流的有效值或峰值；在确定第一谐振单元的特征电流大于所述平均值时，减小第一开关单元中的充电开关的控制信号的占空比，其中，在所述充电开关导通时，其对应的谐振开关电容支路处于充电阶段；或者，在确定所述第一谐振单元的特征电流小于所述平均值时，减小所述第一开关单元中的放电开关的控制信号的占空比，其中，在所述放电开关导通时，其对应的谐振开关电容支路处于放电阶段；其中，所述第一谐振单元是所述N个谐振单元中的任一个，所述第一开关单元是所述第一谐振单元所在的谐振开关电容支路中的开关单元，N为大于1的整数。2.根据权利要求1所述的谐振开关电容变换器，其特征在于，所述控制器具体用于：在确定所述第一谐振单元的特征电流大于所述平均值且所述第一谐振单元的特征电流与所述平均值的差值大于第一阈值时，减小所述充电开关的控制信号的占空比；或者，在确定所述第一谐振单元的特征电流小于所述平均值且所述第一谐振单元的特征电流与所述平均值的差值大于第二阈值时，减小所述放电开关的控制信号的占空比。3.根据权利要求1或2所述的谐振开关电容变换器，其特征在于，所述控制器具体用于：检测所述N个谐振单元的瞬时电流；根据所述N个谐振单元的瞬时电流确定所述N个谐振单元的特征电流；根据所述N个谐振单元的特征电流计算所述平均值。4.根据权利要求1至3中任一项所述的谐振开关电容变换器，其特征在于，所述控制器包括采样单元和控制单元，所述采样单元具体用于：采集所述N个谐振单元的瞬时电流信息，并向所述控制单元发送所述N个谐振单元的瞬时电流信息；所述控制单元具体用于：接收所述N个谐振单元的瞬时电流信息；根据所述N个谐振单元的瞬时电流信息确定所述N个谐振单元的特征电流；根据所述N个谐振单元的特征电流计算所述平均值。5.根据权利要求1至4中任一项所述的谐振开关电容变换器，其特征在于，所述谐振开关电容变换器为两电平谐振开关电容变换器，所述谐振单元包括串联连接的谐振电容和谐振电感，所述开关单元包括第一开关和第二开关，所述第一开关为所述充电开关，所述第二
开关为所述放电开关，所述N个谐振开关电容支路中的每个还包括第一二极管、第二二极管；所述第一开关的第一端和所述输入电容的第一端连接，所述第一开关的第二端和所述第二开关的第一端、所述谐振单元的第一端连接，所述第二开关的第二端和所述输入电容的第二端连接，所述谐振单元的第二端和所述第一二极管的阳极、所述第二二极管的阴极连接，所述第一二极管的阴极和所述输出电容的第一端连接，所述第二二极管的阳极和所述输出电容的第二端连接。6.根据权利要求1至4中任一项所述的谐振开关电容变换器，其特征在于，所述谐振开关电容变换器为中点钳位NPC型三电平谐振开关电容变换器，所述谐振单元包括串联连接的谐振电容和谐振电感，所述输入电容包括第一电容和第二电容，所述开关单元包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，所述第一开关为所述充电开关，所述第四开关为所述放电开关，所述N个谐振开关电容支路中的每个还包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管；所述第一开关的第一端和所述第一电容的第一端连接，所述第一开关的第二端和所述第二开关的第一端、所述第三二极管的阴极连接，所述第二开关的第二端和所述第三开关的第一端、所述谐振单元的第一端连接，所述第三开关的第二端和所述第四开关的第一端、所述第四二极管的阳极连接，所述第四开关的第二端和所述第二电容的第二端连接，所述第二电容的第一端和所述第一电容的第二端、所述第三二极管的阳极、所述第四二极管的阴极连接，所述谐振单元的第二端和所述第一二极管的阳极、所述第二二极管的阴极连接，所述第一二极管的阴极和所述输出电容的第一端连接，所述第二二极管的阳极和所述输出电容的第二端连接。7.根据权利要求1至4中任一项所述的谐振开关电容变换器，其特征在于，所述谐振开关电容变换器为有源中点钳位ANPC型三电平谐振开关电容变换器，所述谐振单元包括串联连接的谐振电容和谐振电感，所述输入电容包括第一电容和第二电容，所述开关单元包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关和第六开关，所述第一开关为所述充电开关，所述第四开关为所述放电开关，所述N个谐振开关电容支路中的每个还包括第一二极管、第二二极管；所述第一开关的第一端和所述第一电容的第一端连接，所述第一开关的第二端和所述第二开关的第一端、所述第五开关的第一端连接，所述第二开关的第二端和所述第三开关的第一端、所述谐振单元的第一端连接，所述第三开关的第二端和所述第四开关的第一端、所述第六开关的第二端连接，所述第四开关的第二端和所述第二电容的第二端连接，所述第二电容的第一端和所述第一电容的第二端、所述第五开关的第二端、所述第六开关的第一端连接，所述谐振单元的第二端和所述第一二极管的阳极、所述第二二极管的阴极连接，所述第一二极管的阴极和所述输出电容的第一端连接，所述第二二极管的阳极和所述输出电容的第二端连接。8.一种谐振开关电容变换器的控制方法，其特征在于，所述谐振开关电容变换器包括：
输入电容和输出电容；N个并联的谐振开关电容支路，所述N个谐振开关电容支...

【专利技术属性】
技术研发人员：于心宇，刘云峰，辛凯，许富强，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：