一种开关串联的桥式电路及DC/AC变换电路的控制方法技术

本发明专利技术涉及电力电子技术领域，旨在提供一种开关串联的桥式电路及DC/AC变换电路的控制方法。本发明专利技术在开关串联的桥式电路中每个主开关管两端均并联一个有源箝位电路，桥臂的公共端输出一输出电流。当输出电流的幅值大于一预设阈值时，在第二桥臂的主开关导通时，控制第一桥臂的所有辅助开关管导通，当箝位电容电压之和超过输入电压，箝位电容放电，从而降低第一桥臂内箝位电容电压的波动。本发明专利技术方法能够大幅降低在重载条件下对箝位电容容值的要求，有效地提升整体系统的功率密度；将重载控制方法与死区放电的均压控制方法相结合，能够实现降低箝位电容电压波动和箝位电容之间的电压均衡。均衡。均衡。

【技术实现步骤摘要】
一种开关串联的桥式电路及DC/AC变换电路的控制方法


[0001]本专利技术属于电力电子
，具体涉及一种开关串联的桥式电路及DC/AC变换电路的控制方法。

技术介绍

[0002]由于单个功率开关管的耐压能力有限，在中高压应用场合通常需要将多个功率开关管串联使用。实现串联器件的可靠运行，需要确保相串联的功率器件之间的电压均衡。引起串联器件电压不均衡的主要原因包括器件动、静态参数差异和外部电路条件差异。针对这一问题，现有的解决方法主要分为三类：无源缓冲电路、门极驱动补偿电路和有源电压箝位电路。有源电压箝位电路通过在每个功率器件两端并联由电容、电阻、半导体二极管、半导体开关管或其组合而成的电路，吸收串联功率器件开关不同步时产生的电压尖峰，从而将功率器件两端电压箝位至电容电压，通过对电容电压的均衡控制实现功率器件电压的均衡。有源电压箝位电路相较于门极驱动补偿电路和有源电压钳位电路具有结构简单、可靠性高和损耗小等优点。
[0003]在箝位电路中增加辅助开关管，根据箝位电容电压的排序结果，选择性地控制辅助开关管在死区时间内导通一预设时长，利用负向的桥臂电流对箝位电容进行放电，可以实现箝位电容电压的均衡。这种方法能够实现能量回馈，进一步降低系统的整体损耗。但是，在输出周期远远大于开关周期时，箝位电容将会在一段时间内始终被充电而无法被放电。在工频逆变器中，箝位电容存在充电阶段、放电阶段以及电压稳定阶段。在充电阶段，箝位电容的电压持续上升，且随着输出电流的增加，箝位电容的电压波动越大。因此，为了保证箝位电容的电压波动在一定范围内，在重载条件下，所需箝位电容的容量将显著增大，这将大大降低系统整体的功率密度。此外，箝位电容电压的波动增大也会造成功率器件之间电压的不均衡程度增加。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术中的不足，本专利技术提供一种开关串联的桥式电路及DC/AC变换电路的控制方法。
[0005]根据本专利技术一实施例提出一种开关串联的桥式电路的控制方法，所述桥式电路包括耦接于一公共端的第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂包括串联耦接的多个第一主开关，其中每个所述第一主开关均并联一个第一辅助模块，每个所述第一辅助模块包括一个第一箝位电容和一个第一辅助开关管，所述第二桥臂包括至少一个第二主开关，所述第一桥臂接收一第一主开关信号用于控制所述多个第一主开关，所述第二桥臂接收一第二主开关信号用于所述至少一个第二主开关，其中在每个开关周期包括第一时间段、第二时间段、第一死区时间和第二死区时间，所述第一时间段为第二主开关导通且第一主开关关断的时间段，所述第二时间段为第一主开关导通且第二主开关关断的时间段，所述第一主开关信号与所述第二主开关信号之间包括第一死区时间和第二死区时间，所述控制方法包括：第
一时间段内，控制所述多个第一主开关关断，所述至少一个第二主开关导通，所述多个第一辅助开关管全部导通一第一预设时长，在所述第一预设时长内，当所有所述第一辅助模块内的第一箝位电容电压之和超过母线电压时，所有所述第一辅助模块内的第一箝位电容电压放电；以及第二时间段内，控制所述多个第一主开关导通，所述至少一个第二主开关关断，所述多个第一辅助开关管全部关断。
[0006]进一步地，其中所述桥式电路在所述公共端输出一输出电流和一输出电压，当输出电流幅值大于一预设阈值时，所述桥式电路处于重载工作状态，在重载工作状态下采用所述控制方法。
[0007]进一步地，其中所述第一预设时长小于第一桥臂和第二桥臂回路中寄生电感与第一桥臂所有第一箝位电容串联的等效电容之间的震荡周期。
[0008]进一步地，其中所述第二桥臂的第一端和第二端之间包括多个串联耦接的第二主开关，每个所述第二主开关均并联一个第二辅助模块，每个所述第二辅助模块包括一个第二箝位电容和一个第二辅助开关管，所述控制方法还包括：第一时间段内，控制所述多个第二主开关导通，在所述第一预设时长内，控制所述第二辅助开关管全部关断；以及第二时间段内，控制所述多个第二主开关关断，所述多个第二辅助开关管全部导通一第二预设时长，在所述第二预设时长内，当所有所述第二辅助模块内的第二箝位电容电压之和超过母线电压时，所有所述第二辅助模块内的第二箝位电容放电。
[0009]进一步地，其中所述第二预设时长小于第一桥臂和第二桥臂回路中寄生电感与第二桥臂所有第二箝位电容串联的等效电容之间的震荡周期。
[0010]根据本专利技术又一实施例提出一种开关串联的桥式电路的控制方法，所述桥式电路包括耦接于一公共端的第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂包括串联耦接的多个第一主开关，其中每个所述第一主开关均并联一个第一辅助模块，每个所述第一辅助模块包括一个第一箝位电容和一个第一辅助开关管，所述第二桥臂包括至少一个第二主开关，所述第一桥臂接收一第一主开关信号用于控制所述多个第一主开关，所述第二桥臂接收一第二主开关信号用于所述至少一个第二主开关，其中每个开关周期包括第一时间段、第二时间段、第一死区时间和第二死区时间，所述第一时间段为第二主开关导通且第一主开关关断的时间段，所述第二时间段为第一主开关导通且第二主开关关断的时间段，所述第一主开关信号与所述第二主开关信号之间包括第一死区时间和第二死区时间，所述公共端输出一输出电流，所述控制方法包括重载控制方法和均压控制方法：所述重载控制方法包括：在第一时间段内，控制第一桥臂内所有第一辅助开关管开通一第一预设时长，当所有所述第一辅助模块内的第一箝位电容电压之和超过母线电压时，第一箝位电容放电，所述第一预设时长小于或等于所述第一时间段；所述均压控制方法包括：在第一死区时间内，控制第一桥臂内第一箝位电容电压为最大或排在前k的第一箝位电容对应的第一辅助开关管开通一第一辅助开通时长，排在前k的第一箝位电容通过续流电流放电，所述第一辅助开通时长小于或等于所述第一死区时间，所述k为大于或等于2的自然数。
[0011]进一步地，其中所述桥式电路在所述公共端输出一输出电流和一输出电压，当所述输出电流大于一第一预设阈值时，所述桥式电路采取重载控制方法，当所述输出电流小于一第二预设阈值时，所述桥式电路采取均压控制方法。
[0012]进一步地，所述第二桥臂的第一端和第二端之间包括多个串联耦接的第二主开
关，每个所述第二主开关均并联一个第二辅助模块，每个所述第二辅助模块包括一个第二箝位电容和一个第二辅助开关管，所述控制方法还包括：所述重载控制方法还包括：在第二时间段内，控制第二桥臂内所有第二辅助开关管开通一第二预设时长，当所有所述第二辅助模块内的第二箝位电容电压之和超过母线电压时，第二箝位电容放电，所述第二预设时长小于或等于所述第二时间段；所述均压控制方法还包括：在第二死区时间内，控制第二桥臂内第二箝位电容电压为最大或排在前q的第二箝位电容对应的第二辅助开关管开通一第二辅助开通时长，排在前q的第二箝位电容通过续流电流放电，以弥补第二箝位电容电压之间的不均衡，所述第二辅助开通时长小于或等于所述第二死区时间，所述q为大于或等于2的自然数。
[0013]进一步地，其中所述桥式电路在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种开关串联的桥式电路的控制方法，所述桥式电路包括耦接于一公共端的第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂包括串联耦接的多个第一主开关，其中每个所述第一主开关均并联一个第一辅助模块，每个所述第一辅助模块包括一个第一箝位电容和一个第一辅助开关管，所述第二桥臂包括至少一个第二主开关，所述第一桥臂接收一第一主开关信号用于控制所述多个第一主开关，所述第二桥臂接收一第二主开关信号用于所述至少一个第二主开关，其中在每个开关周期包括第一时间段、第二时间段、第一死区时间和第二死区时间，所述第一时间段为第二主开关导通且第一主开关关断的时间段，所述第二时间段为第一主开关导通且第二主开关关断的时间段，所述第一主开关信号与所述第二主开关信号之间包括第一死区时间和第二死区时间，所述控制方法包括：第一时间段内，控制所述多个第一主开关关断，所述至少一个第二主开关导通，所述多个第一辅助开关管全部导通一第一预设时长，在所述第一预设时长内，当所有所述第一辅助模块内的第一箝位电容电压之和超过母线电压时，所有所述第一辅助模块内的第一箝位电容电压放电；以及第二时间段内，控制所述多个第一主开关导通，所述至少一个第二主开关关断，所述多个第一辅助开关管全部关断。2.如权利要求1所述的控制方法，其中所述桥式电路在所述公共端输出一输出电流和一输出电压，当输出电流幅值大于一预设阈值时，所述桥式电路处于重载工作状态，在重载工作状态下采用所述控制方法。3.如权利要求1所述的控制方法，其中所述第一预设时长小于第一桥臂和第二桥臂回路中寄生电感与第一桥臂所有第一箝位电容串联的等效电容之间的震荡周期。4.如权利要求1所述的控制方法，其中所述第二桥臂的第一端和第二端之间包括多个串联耦接的第二主开关，每个所述第二主开关均并联一个第二辅助模块，每个所述第二辅助模块包括一个第二箝位电容和一个第二辅助开关管，所述控制方法还包括：第一时间段内，控制所述多个第二主开关导通，在所述第一预设时长内，控制所述第二辅助开关管全部关断；以及第二时间段内，控制所述多个第二主开关关断，所述多个第二辅助开关管全部导通一第二预设时长，在所述第二预设时长内，控制所述第一辅助开关管全部关断，当所有所述第二辅助模块内的第二箝位电容电压之和超过母线电压时，所有所述第二辅助模块内的第二箝位电容放电。5.如权利要求4所述的控制方法，其中所述第二预设时长小于第一桥臂和第二桥臂回路中寄生电感与第二桥臂所有第二箝位电容串联的等效电容之间的震荡周期。6.一种开关串联的桥式电路的控制方法，所述桥式电路包括耦接于一公共端的第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂包括串联耦接的多个第一主开关，其中每个所述第一主开关均并联一个第一辅助模块，每个所述第一辅助模块包括一个第一箝位电容和一个第一辅助开关管，所述第二桥臂包括至少一个第二主开关，所述第一桥臂接收一第一主开关信号用于控制所述多个第一主开关，所述第二桥臂接收一第二主开关信号用于所述至少一个第二主开关，其中每个开关周期包括第一时间段、第二时间段、第一死区时间和第二死区时间，所述第一时间段为第二主开关导通且第一主开关关断的时间段，所述第二时间段为第一主开关导通且第二主开关关断的时间段，所述第一主开关信号与所述第二主开关信号之间包
括第一死区时间和第二死区时间，所述公共端输出一输出电流，所述控制方法包括重载控制方法和均压控制方法：所述重载控制方法包括：在第一时间段内，控制第一桥臂内所有第一辅助开关管开通一第一预设时长，当所有所述第一辅助模块内的第一箝位电容电压之和超过母线电压时，第一箝位电容放电，所述第一预设时长小于或等于所述第一时间段；所述均压控制方法包括：在第一死区时间内，控制第一桥臂内第一箝位电容电压为最大或排在前k的第一箝位电容对应的第一辅助开关管开通一第一辅助开通时长，排在前k的第一箝位电容通过续流电流放电，所述第一辅助开通时长小于或等于所述第一死区时间，所述k为大于或等于2的自然数。7.如权利要求6所述的控制方法，其中所述桥式电路在所述公共端输出一输出电流和一输出电压，当所述输出电流大于一第一预设阈值时，所述桥式电路采取重载控制方法，当所述输出电流小于一第二预设阈值时，所述桥式电路采取均压控制方法。8.如权利要求6所述的控制方法，所述第二桥臂的第一端和第二端之间包括多个串联耦接的第二主开关，每个所述第二主开关均并联一个第二辅助模块，每个所述第二辅助模块包括一个第二箝位电容和一个第二辅助开关管，所述控制方法还包括：所述重载控制方法还包括：在第二时间段内，控制第二桥臂内所有第二辅助开关管开通一第二预设时长，当所有所述第二辅助模块内的第二箝位电容电压之和超过母线电压时，第二箝位电容放电，所述第二预设时长小于或等于所述第二时间段；所述均压控制方法还包括：在第二死区时间内，控制第二桥臂内第二箝位电容电压为最大或排在前q的第二箝位电容对应的第二辅助开关管开通一第二辅助开通时长，排在前q的第二箝位电容通过续流电流放电，以弥补第二箝位电容电压之间的不均衡，所述第二辅助开通时长小于或等于所述第二死区时间，所述q为大于或等于2的自然数。9.如权利要求8所述的控制方法，其中所述桥式电路在所述公共端输出一输出电流和一输出电压，当所述输出电流小于一第三预设阈值时，所述桥式电路采取重载控制方法，当所述输出电流大于一第四预设阈值时，所述桥式电路采取均压控制方法。10.一种开关串联的DC/AC变换电路的控制方法，所述DC/AC变换电路包括：开关串联的桥式电路、滤波装置和输出负载，所述开关串联的桥式电路包括耦接于一公共端的第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂包括串联耦接的多个第一主开关，其中每个所述第一主开关均并联一个第一辅助...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵帅，高枝，崔文韬，施逸能，吴彤，王金帅，汪欣，张军明，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：