PDF《一种高可靠电压均衡电路》

特别是与大地 相连接的中线极大提高了微型直流电网安全性.因此, 文献[

4 - 7]将半桥电压均衡器引入微型直流 电网. 由于半桥拓扑结构存在直通的危险, 这影响其 可靠性.近年来, 一种可以避免直通危险的双降压 结构被广泛的研究 [8 -

10 ] .结合电压均衡器特点, 本 文研究一种基于双降压结构的高可靠电压均衡电路 及其控制策略.

1 高可靠电压均衡电路和控制策略 典型的利用半桥电压平衡电路构造中线的微型 直流电网如图

1 所示. DC%bus 中线 LN N 半桥电压 平衡器 G 负载 负载 负载 负载 图1一种典型带均衡微型直流电网构架 Fig.

1 A DC grid with voltage balancing circuit 由于图

1 中半桥结构中存在功率开关管直通问 题, 因此提出一种高可靠电压均衡电路如图

2 所示. 它由左桥臂( S1 、 D1 、 L1 ) 和右桥臂( S2 、 D2 、 L2 ) 组成. 为了适应该电路结构特点, 希望左、 右两个桥臂能够 独立工作, 即: 1) 电流 iRLoad2 >

iRLoad1 , 左桥臂工作向 电阻负载 RLoad2 传递部分能量, 电感电流平均值 IL1 等于( iRLoad2 - iRLoad1 ) ;

2) 当电流 iRLoad1 >

iRLoad2 , 右桥臂 工作向电阻负载 RLoad1 传递部分能量, 电感电流平均 值IL2 等于( iRLoad1 - iRLoad2 ) . + C1 uout1 - - + S1 + - D1 uout2 + - C2 + - L1 L2 S2 uL2 uL1 iL1 iL2 RLoad2 iRLoad2 LN iRLoad1 RLoad1 D2 uin iRLoad2 -iRLoad1 图2高可靠电压均衡电路 Fig.

2 Voltage balancing circuit with a high reliability 为了实现上述目的, 提出了如图

3 所示控制策 略: 调节器输出信号 ue 直接控制左桥臂, 取反后 ( - ue ) 控制右桥臂.由于采用单极性调制三角波, 所以当 iRLoad2 >

iRLoad1 时左桥臂工作, 右桥臂不工作;

反之右桥臂工作, 左桥臂不工作.由于两个桥臂之 间串联两只电感, 所以在左右桥臂切换瞬间不存在 开关管直通问题, 从而具有较高的可靠性. S1 S2 ugs2 ugs1 - + ue -ue - + 调节器 uout2 - + 参考电压 uref%=uin%/2 图3控制原理框图 Fig.

3 Presented control scheme

2 基本工作原理 为了简化分析, 假设所有器件均是理想的, 并且 电容 C1 = C2 = C、 电感 L1 = L2 = L.由于左桥臂与右 桥臂工作过程类似, 所以下面仅分析左桥臂工作 过程. 2.

1 左桥臂工作过程 根据电感电流情况, 工作过程分为电感电流连 续( CCM) 和断续( DCM) 模式, 如图

4 所示.ugs1 、 ugs2 分别是 S1 和S2 驱动信号. u gs1% /V i L

1 /A

0 t0 t1 t2 t t/s ( a)CCM

0 u gs1% /V i L

1 /A

0 0 t t0 t1 t2 t t/s ( b)DCM t t3 图4电流连续和断续驱动和电流波形 Fig.

4 Driving and current iL1 under CCM and DCM 2. 1.

1 电感 L1 电流连续 该模式下主要波形和各个模态等效电路如图

4 ( a) 和图

5 所示. 模态 1: [ t0 - t1][ S1 导通、 S2 关断, 图4( a) 和图5( a) ] 在t0 时刻开通 S1 , 电感 L1 电压 uL1 = uin - uout2 = uout1 , 电流 iL1 从某个大于零开始线性上升.该过程 持续到 t1 时刻关断 S1 , 电流 iL1 达到最大值. 在这一过程中, 输入电压 uin 利用电感 L1 向负 载RLoad2 传递部分电能. 模态 2: [ t1 - t2][ S1 、 S2 关断, D1 导通, 图4( a)

8 3 电机与控制学报第17 卷 和图 5( b) ] 在t1 时刻, 关断 S1 .电流 iL1 通过二极管 D1 续流.在这一过程中, 电感电压 uL1 = - uout2 , 电流 iL1 线性下降.该过程持续到 t2 时刻开通 S1 .从t2 时刻, 电路进入下一个工作周期.可见 D1 是强制关 断.由于稳态时电压 uout1 = uout2 , 所以电流 iL1 上升 率和下降率相等. + C1 uout1 - - + S1 + - D1 uout2 + - C2 + - L1 L2 S2 uL2 uL1 iL1 iL2 RLoad2 LN iRLoad1 RLoad1 D2 uin iRLoad2 -iRLoad1 iRLoad2 ( a)模态