第264章 本卷終【高能！】（2/2）

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括以下步驟：

1、諧振電流的採集和處理

通過電流互感器或在串聯諧振電路中串入一個小電阻，以電壓的形式測量得到初始諧振電流ires_p，初始諧振電流為實際諧振電流的反向，電壓跟隨器將其反向放大得到ires_in。將放大後的諧振電流ires_in的相位前移ts，前移的時間為控制器器、驅動電路及開關器件切換等延遲時間，以保證開關器件在諧振電流過零點時切換狀態。將前移後的諧振電流ires_s從正弦波形轉換為控制器可識別的脈衝波形ires通入控制器，以檢測過零點，脈衝波形ires的幅值要與控制器的處理電平相同，處理器的電平一般為3。3v或5v。

2、輸出電壓的採集

通過電壓互感器或電阻分壓的方式測量輸出電壓uout，採用電阻分壓的方式還需要通過線性光耦將功率電路與控制電路隔離。

3、電壓比較值的給定

電壓滯環控制分為直接電壓滯環控制和間接電壓滯環控制，直接電壓滯環控制是採集輸出電壓uout，直接與給定的電壓比較值進行比較，將結果輸入控制器；間接電壓滯環控制是輸出電壓uout與給定的參考電壓uref通過調節器，將其結果與給定的電壓比較值進行比較。直接電壓滯環控制的給定電壓比較值根據給定的參考電壓uref和滯環的數量、寬度直接決定，隨輸出電壓uout的變化而變化；間接電壓滯環控制的給定電壓比較值根據調節器的參數和設定的滯環數量、寬度決定，不因輸出電壓的變化而變化。

給定電壓比較值的數量取決於逆變器的輸出電平數，逆變器輸入電平數n，由低到高分別為ui1、ui2、ui3、…、uin，則逆變器輸出電平數（2n+1），由高到低分別為+uin、+uin-1、+uin-2、…、+ui1、0、-ui1、-ui2、-ui3、…、-uin，每種狀態輸出一種電平，因此有（2n+1）種狀態，按輸出電平由高到低分別稱為+n狀態、+（n-1）狀態、+（n-2）狀態、…、0狀態、-1狀態、-2狀態、-3狀態、…、-n狀態，給定電壓比較值的數量為2n，滯環的數量為n。

對於直接電壓滯環控制，環寬由低到高分別為給定的參考電壓uref的2h1%、2h2%、…、2hn%，給定電壓比較值由低到高分別為：u1，u2，…，u2n，則u1=（1-hn%）uref，u2=（1-hn-1%）uref，u3=（1-hn-2%）uref，…，un=（1-h1%）uref，un+1=（1+h1%）uref，un+2=（1+h2%）uref，un+3=（1+h3%）uref，…，u2n=（1+hn%）uref。

對於間接電壓滯環控制，設定調節器的輸出穩定在ur，環寬由低到高分別為ur的2h1%、2h2%、…、2hn%，給定電壓比較值由低到高分別為：u1，u2，…，u2n，則u1=（1-hn%）ur，u2=（1-hn-1%）ur，u3=（1-hn-2%）ur，…，un=（1-h1%）ur，un+1=（1+h1%）ur，un+2=（1+h2%）ur，un+3=（1+h3%）ur，…，u2n=（1+hn%）ur。

4、確定下一個控制狀態

對於直接電壓滯環控制，輸出電壓uout與給定的電壓比較值進行比較，uout大於給定的電壓比較值，比較器輸出「1」，uout小於給定的電壓比較值，比較器輸出「0」，2n個比較結果輸入到控制器中，控制器記錄其中「1」信號的數量為m，m與下一個輸出狀態的和值為n，即m=0，下一個狀態為+n、m=1，下一個狀態為+（n-1）、m=2，下一個狀態為+（n-2）、…、m=n，下一個狀態為0、m=n+1，下一個狀態為-1、m=n+2，下一個狀態為-2、m=n+3，下一個狀態為-3、…、m=2n，下一個狀態為-n。

對於間接電壓滯環控制，調節器的輸出電壓uoutr與給定的電壓比較值進行比較，uoutr大於給定的電壓比較值，比較器輸出「1」，uoutr小於給定的電壓比較值，比較器輸出「0」，2n個比較結果輸入到控制器中，控制器記錄其中「1」信號的數量為m，m與下一個輸出狀態的差值為n，即m=2n，下一個狀態為+n、m=2n-1，下一個狀態為+（n-1）、m=2n-2，下一個狀態為+（n-2）、…、m=n，下一個狀態為0、m=n-1，下一個狀態為-1、m=n-2，下一個狀態為-2、m=n-3，下一個狀態為-3、…、m=0，下一個狀態為-n。

除此之外，還需對諧振電流和電容器c的電壓進行限制，設定最高限值，若兩者有其一超過設定的限值，下一個輸出狀態強制為零狀態或負狀態，若兩者都超過設定的限值，下一個輸出狀態強制為負狀態，以保護開關器件，防止過電流和過電壓。

另外，比較器輸出的脈衝信號的幅值要與控制器的處理電平相同，控制器的處理電平一般為3。3v或5v。

5、輸出開關控制信號

輸入到控制器中的信號有前移後變為脈衝波形的諧振電流信號ires，滯環比較的2n個結果，根據滯環比較的結果確定下一個狀態，將ires的半周期整數倍作為確定狀態的觸發信號，根據下一個狀態輸出開關器件的驅動信號，ires的半周期為開關器件切換狀態的觸發信號。

根據開關器件不同的導通方式，多電平逆變器的輸出有3種基本狀態，分別為正狀態、零狀態、負狀態。正狀態是多電平逆變器輸出的脈衝電壓方向與諧振電流方向相同，對諧振電流起到增強作用；零狀態是多電平逆變器輸出脈衝電壓為零，諧振電路形成迴路，諧振電流僅受負載影響；負狀態是多電平逆變器輸出的脈衝電壓方向與諧振電流方向相反，使得諧振電流減弱。同一狀態，諧振電流的方向不同相應的多電平逆變器的輸出電平方向也要隨之改變，開關器件對應不同的導通方式。在諧振電流的過零點切換開關器件的狀態，以使得開關損耗為零，且開關頻率與串聯諧振頻率始終保持相同。

零狀態時，多電平逆變器的基本4個開關器件輪流導通兩個上橋臂或兩個下橋臂，考慮到開關器件的使用壽命，不易一直導通兩個上橋臂或兩個下橋臂。如果開關器件反並聯快速二極體，也可根據諧振電流的方向導通基本4個開關器件中的一個，利用相應的一個快速二極體替代與之並聯的開關器件導通形成迴路。

對於負狀態，若多電平逆變器中的開關器件都反並聯了快速二極體，可關閉所有的開關器件，任由諧振電路根據自身能量選擇導通的快速二極體形成通路，此種控制方法簡單，但是n種負狀態無法確定控制。若要控制負狀態，必須通過導通開關器件的方式，對於不同的諧振電流方向，某個負狀態導通的開關器件是不同的。

對於單向多電平逆變器，只有一側增加了開關器件，以增加輸入的電平數量，對於兩個方向的諧振電流，控制開關器件導通時只能通過「互補」的方式。基本的4個開關器件為s1h、s2h、s1l、s2l，s1h和s2h組成一個橋臂，s1l和s2l組成一個橋臂，s1h和s1l為兩個上橋臂，在前側增加開關器件s3、s4、s5、…、s（n+1），輸入的電平數為n，以h點流向l點為諧振電流正方向，對於-t（1≤t≤n-1）狀態，增加的輸入電平為-ui（n+2-t），諧振電流為負時，開關器件st和s2l導通，或開關器件st和s2l反並聯的快速二極體d2l導通，向諧振電路輸出-ui（n+2-t）電平，而諧振電流為正時，無法通過開關器件st的導通來輸出-ui（n+2-t）電平，開關器件st和s1l導通，或開關器件st和s1l反並聯的快速二極體d1l導通，向諧振電路輸出ui（n+2-t）-uin電平，因此，對於諧振電流為正的-t狀態，必須導通與開關器件st互補的那個開關器件sn+4-t，並同時導通開關器件s1l或與s1l反並聯的快速二極體d1l，向諧振電路輸出ui（t-2）-uin電平，若要效果相同，電平ui（t-2）與ui（n+2-t）必須互補，即兩者之和為uin，對於每種負狀態都可以採用「互補」的導通方式，要求各狀態輸入的電平具有等差的線性關係，即ui2=2ui1、ui3=3ui1、ui4=4ui1、…、uin=nui1。對於後側的單向多電平逆變器，控制負狀態，也通過「互補」的導通方式。

對於雙向多電平逆變器，在兩側對稱增加開關器件，前側增加s3h、s4h、s5h、…、s（n+1）h，後側增加s3l、s4l、s5l、…、s（n+1）l，對於-t（1≤t≤n-1）狀態，增加的輸入電平為ui（n+2-t），sth和stl輸入的電平都為ui（n+2-t），諧振電流為負時，開關器件sth和s2l導通，或開關器件sth和s2l反並聯的快速二極體d2l導通，向諧振電路輸出-ui（n+2-t）電平，諧振電流為正時，開關器件stl和s2h導通，或開關器件stl和s2h反並聯的快速二極體d2h導通，向諧振電路輸出-ui（n+2-t）電平。對於雙向的多電平逆變器，各狀態輸入的電平不要求具有等差的線性關係。

對於正狀態，單向多電平逆變器仍需採用「互補」的導通方式，各狀態輸入的電平要求具有等差的線性關係，對於t（1≤t≤n-1）狀態，增加的輸入電平為ui（n+2-t），諧振電流為正時，開關器件st和s2l導通，向諧振電路輸出ui（n+2-t）電平，諧振電流為負時，導通與開關器件st互補的開關器件sn+4-t，並同時導通開關器件s1l，向諧振電路輸出ui（n+2-t）電平；雙向多電平逆變器對於t（1≤t≤n-1）狀態，諧振電流為正時，開關器件sth和s2l導通，向諧振電路輸出ui（n+2-t）電平，諧振電流為負時，導通開關器件stl和s2h，向諧振電路輸出ui（n+2-t）電平。

對於+n狀態，諧振電流為正，開關器件s1h和s2l導通，諧振電流為負，開關器件s1l和s2h導通；-n狀態時，諧振電流為正，開關器件s1l和s2h導通，如果開關器件反並聯快速二極體，也可由快速二極體d1l和d2h自行導通，諧振電流為負，開關器件s1h和s2l導通，或由快速二極體d1h和d2l自行導通。

基於諧振軟開關技術的採用多電平逆變器的dc/dc變換器在諧振電流過零點時切換開關器件的通斷，消除了開關損耗，另外，多個開關器件並聯在一起作為一個開關閥，可以達到均壓和均流的效果，彌補mosfet或igbt的容量。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：第一、消除了開關損耗；第二、控制快速、簡單；第三、開關器件頻率恆定；第四、在諧振電流過零點時切換開關器件的狀態，達到了很好的均壓和均流效果，便於對開關器件並聯增容；第五、所需要的控制器i/o引腳很少，一個控制器可控制多個該dc/dc變換器。