基于绝缘栅双极型晶体管的双向功率变换系统及变换方法与流程

本发明属于电压转换技术领域，尤其涉及一种基于绝缘栅双极型晶体管的双向功率变换系统及变换方法。

背景技术：

目前，业内常用的现有技术是这样的，

绝缘栅双极型晶体管是由双极型三极管和绝缘栅型场效应管组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。近年来，随着国家对新能源汽车的扶持力度的增加，随之充电基础设施的建设成为制约新能源汽车发展的主要问题。传统的充电设备电网输出电压不稳定导致直流电压利用率较低，且输出电压不可调节，无法满足不同车型、不同充电方式的需求；而绝缘栅双极型晶体管承受过电流的时间仅为几微秒，耐过流量小，当驱动电路中缺乏保护设备时，过电流就会损害绝缘栅双极型晶体管。

综上所述，现有技术存在的问题是：

传统的充电设备电网输出电压不稳定导致直流电压利用率较低，且输出电压不可调节，无法满足不同车型、不同充电方式的需求；

而绝缘栅双极型晶体管承受过电流的时间仅为几微秒，耐过流量小，当驱动电路中缺乏保护设备时，过电流就会损害绝缘栅双极型晶体管。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于绝缘栅双极型晶体管的双向功率变换系统及变换方法。

本发明是这样实现的，一种基于绝缘栅双极型晶体管的双向功率变换方法，所述基于绝缘栅双极型晶体管的双向功率变换方法包括：首先通过电流检测器对电路中输入电流进行检测，随后通过电流保护器对绝缘栅双极型晶体管进行过流保护；

通过绝缘栅双极型晶体管芯片对绝缘栅型场效应管进行控制；

通过续流二极管芯片对双极型三极管进行控制；

封装后的绝缘栅双极型晶体管模块直接应用于ac/dc变换器；输入电流经过续流二极管芯片输入整流器，通过整流器对输入电流进行整流，随后电流经过滤波器进行滤波，经过整流和滤波后的输入电流最后传输至ac/dc变换器，通过ac/dc变换器将输入的交流电源转换成需要的直流电压输出。

进一步，对电路中输入电流进行检测的方法包括：

给出电流检测的各评估指标的排序向量，利用有序二元比较法求出主观权重；

根据由每个评价指标的值组成的初始决策矩阵利用变异系数法求取客观权重；

利用向量相似度理论求得综合权重；

将实数形式的初始决策矩阵转换成vague集形式的决策矩阵，并将权重向量也转化成vague集形式的决策矩阵；利用基于vague集形式的promethee方法对电流进行排序，得到合理的电流值，

所述主观权重由有序二元比较法求得具体方法为：

步骤一、确定评价对象和专家集：x为考察的全体对象集，记为x＝{x1,x2,...xn}为参与确定指标权重的专家集为p＝{p1,p2...pl}；

步骤二、应用集值迭代法为各指标排序：权重为{λ1,λ2,...λl}，在指标集中按照重要程度对指标进行排序，k(1≤k≤l)选取的指标顺序集为xk＝(x3,x5,x1,xn...,xn-1)，式中x3位于xk的第一个位置，即表示x3在k认为最重要，按照各个指标在xk中的位置分别赋予指标得分，在xk中x3对应的得分为n，x5对应的得分为n-1，xn-1对应的得分为1；

μi,k(1≤i≤n,1≤k≤l)为指标i在k处所获得的得分，令作为综合评分，式中1≤i≤n，根据gi的由大到小对评价指标进行新的排序，

步骤三、分别对相邻评价指标进行比较获得比较矩阵；

通过对比相邻指标中前一指标相对后一指标的重要程度，给出评价区间，区间端点值取相邻的rk数值，相对重要程度为介于两者两rk数值对应的重要程度之间；

步骤四、将区间通过下式转化为点值：

式中，r′ij为专家i对指标j的评价矩阵中的下界，r″ij为评价矩阵中的上界，j＝1，2，…，n-1；

步骤五、确定评价指标的权重：由于n个指标相邻进行比较，得到n-1个比较值。

进一步，ac/dc变换器将输入的交流电源转换成需要的直流电压的方法包括：

首先初始化直流电压的预定义参数；

以b1，c1为输入量，产生第一个规则；b1为第2个时刻与第1个时刻的功率差，c1为采样步长；

确定第一个规则的参数；

观测b(n)，c(n)的到来，b(n)为第n个时刻与第n-1个时刻的功率差，c(n)为第n-1个时刻的采样步长；

计算马氏距离并找到mdkmin；

计算实际的输出误差确定对应的kd，并与马氏距离mdk进行比较；

如果mdk＞kd，直流电压误差为ek，如果直流电压误差ek≤ck，则观测控制是否完成，算法结束；如果直流电压误差ek＞ck，则产生新规则，确定新参数，计算所有规则误差减少率err；如果误差减少率err小于阈值，则就删去这条规则观测控制是否完成，算法结束；如果误差减少率err不小于阈值，则继续产生新的规则，直到满足误差减少率err小于阈值；

如果mdk≤kd，直流电压误差为ek，如果直流电压误差ek＞ke，则计算输入变量的敏感性bij并调整宽度，调整结论参数，观测控制是否完成，算法结束；如果系统误差ek≥ke，则满足要求，观测控制是否完成，算法结束。

进一步，误差：

||ek||＝||tk-yk||

其中第k个时刻期望输出是tk；

如果ek>ke，则一条新的规则就增加；其中：

其中，emin指的是输出精度，emax指的是最大误差，k指的是学习的次数，β∈(0，1)指的是收敛常数，推导出：

产生了u个模糊规则，当一个新的样本出现时，把输入的变量投影到一维的隶属函数空间，计算数据与边界集φi之间的欧式距离edi(j)，并且找到它的最小值edi(jn)，如果：

edi(jn)≤kmf

不用分配新的高斯函数，否则就需要产生一个新的高斯函数，它的宽度由下式决定，其中心的设置如下：

ci(u+1)＝xi^k；

模型为：d＝hθ+e；其中，d＝t^t为期望的输出，h＝φ^t＝(h1…hv)，θ为它的实参数，e是误差向量；h通过qr分解成正交基向量集：h＝pn，其中p＝(p1，p2，…，pv)；

马氏距离：

令：

如果：

mdk,min＝mdk(j)＞kd

则表明增加一条新规则因为现有的系统不足以满足ε－完备性，其中kd这样变化：

上式中，r指的是衰减常数。

本发明另一目的在于提供一种基于绝缘栅双极型晶体管的双向功率变换计算机程序，所述基于绝缘栅双极型晶体管的双向功率变换计算机程序实现所述的基于绝缘栅双极型晶体管的双向功率变换方法。

本发明另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述的基于绝缘栅双极型晶体管的双向功率变换方法。

本发明另一目的在于提供一种终端，所述终端至少搭载实现所述基于绝缘栅双极型晶体管的双向功率变换方法的控制器。

本发明另一目的在于提供一种基于绝缘栅双极型晶体管的双向功率变换ac-dc系统，设置有：

电路板；

所述电路板上端安装有电流检测器，所述电流检测器下端电连有电流保护器，所述电流保护器下端电连有绝缘栅双极型晶体管芯片，所述绝缘栅双极型晶体管芯片下端电连有续流二极管芯片，所述电路板两端锡焊有绝缘栅型场效应管与双极型三极管，所述绝缘栅型场效应管、双极型三极管分别与绝缘栅双极型晶体管芯片、续流二极管芯片电连接；

所述续流二极管芯片与整流器、滤波器电连接，所述滤波器与ac/dc变换器电连接。

进一步，所述绝缘栅双极型晶体管芯片与续流二极管芯片桥接在电路板中间。

进一步，所述ac/dc变换器的电源相数为多相。

本发明另一目的在于提供一种电压转换平台，所述电压转换平台至少搭载所述的基于绝缘栅双极型晶体管的双向功率变换ac-dc系统。

本发明的优点及积极效果为：

使用基于绝缘栅双极型晶体管的双向功率变换ac-dc系统可以发挥绝缘栅双极型晶体管特有的驱动功率小而饱和压低等特点，提高了电网的功率因数，并且结合ac/dc变换器可调直流稳压电的特点，能够降低对电网污染，实现双向的能量流动，提高了直流电压利用率高；通过电流检测器能够对驱动电路中的电流进行检测，随后通过电流保护器对驱动电路进行保护，从而对绝缘栅双极型晶体管进行过流保护。本系统采用的充电模式可根据电池的容量、特性，通过模块的增减调整充电功率，并且直流电压利用率高，输出电压可调、抗负载扰动能力强，能够实现能量的双向流动。

本发明对电路中输入电流进行检测的方法中，给出电流检测的各评估指标的排序向量，利用有序二元比较法求出主观权重；

根据由每个评价指标的值组成的初始决策矩阵利用变异系数法求取客观权重；

利用向量相似度理论求得综合权重；

将实数形式的初始决策矩阵转换成vague集形式的决策矩阵，并将权重向量也转化成vague集形式的决策矩阵；利用基于vague集形式的promethee方法对电流进行排序，得到合理的电流值，

ac/dc变换器将输入的交流电源转换成需要的直流电压的方法中，首先初始化直流电压的预定义参数；

以b1，c1为输入量，产生第一个规则；b1为第2个时刻与第1个时刻的功率差，c1为采样步长；

确定第一个规则的参数；观测b(n)，c(n)的到来，b(n)为第n个时刻与第n-1个时刻的功率差，c(n)为第n-1个时刻的采样步长；计算马氏距离并找到mdkmin；计算实际的输出误差确定对应的kd，并与马氏距离mdk进行比较；

上述方法及模型的运行，保证了电流的检测和电压转换的需求，为设备的供电提供了必要条件。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于绝缘栅双极型晶体管的双向功率变换ac-dc系统结构示意图；

图2是本发明实施例提供的ac/dc变换器内部结构示意图；

图中：1、电路板；2、电流检测器；3、电流保护器；4、绝缘栅双极型晶体管芯片；5、绝缘栅型场效应管；6、双极型三极管；7、续流二极管芯片；8、整流器；9、滤波器；10、ac/dc变换器。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

本发明实施例提供的基于绝缘栅双极型晶体管的双向功率变换方法，包括：首先通过电流检测器对电路中输入电流进行检测，随后通过电流保护器对绝缘栅双极型晶体管进行过流保护；

通过绝缘栅双极型晶体管芯片对绝缘栅型场效应管进行控制；

通过续流二极管芯片对双极型三极管进行控制；

封装后的绝缘栅双极型晶体管模块直接应用于ac/dc变换器；输入电流经过续流二极管芯片输入整流器，通过整流器对输入电流进行整流，随后电流经过滤波器9进行滤波，经过整流和滤波后的输入电流最后传输至ac/dc变换器，通过ac/dc变换器10将输入的交流电源转换成需要的直流电压输出。

对电路中输入电流进行检测的方法包括：

给出电流检测的各评估指标的排序向量，利用有序二元比较法求出主观权重；

根据由每个评价指标的值组成的初始决策矩阵利用变异系数法求取客观权重；

利用向量相似度理论求得综合权重；

将实数形式的初始决策矩阵转换成vague集形式的决策矩阵，并将权重向量也转化成vague集形式的决策矩阵；利用基于vague集形式的promethee方法对电流进行排序，得到合理的电流值，

所述主观权重由有序二元比较法求得具体方法为：

步骤一、确定评价对象和专家集：x为考察的全体对象集，记为x＝{x1,x2,...xn}为参与确定指标权重的专家集为p＝{p1,p2...pl}；

步骤二、应用集值迭代法为各指标排序：权重为{λ1,λ2,...λl}，在指标集中按照重要程度对指标进行排序，k(1≤k≤l)选取的指标顺序集为xk＝(x3,x5,x1,xn...,xn-1)，式中x3位于xk的第一个位置，即表示x3在k认为最重要，按照各个指标在xk中的位置分别赋予指标得分，在xk中x3对应的得分为n，x5对应的得分为n-1，xn-1对应的得分为1；

μi,k(1≤i≤n,1≤k≤l)为指标i在k处所获得的得分，令作为综合评分，式中1≤i≤n，根据gi的由大到小对评价指标进行新的排序，

步骤三、分别对相邻评价指标进行比较获得比较矩阵；

通过对比相邻指标中前一指标相对后一指标的重要程度，给出评价区间，区间端点值取相邻的rk数值，相对重要程度为介于两者两rk数值对应的重要程度之间；

步骤四、将区间通过下式转化为点值：

式中，r′ij为专家i对指标j的评价矩阵中的下界，r″ij为评价矩阵中的上界，j＝1，2，…，n-1；

步骤五、确定评价指标的权重：由于n个指标相邻进行比较，得到n-1个比较值。

ac/dc变换器将输入的交流电源转换成需要的直流电压的方法包括：

首先初始化直流电压的预定义参数；

以b1，c1为输入量，产生第一个规则；b1为第2个时刻与第1个时刻的功率差，c1为采样步长；

确定第一个规则的参数；

观测b(n)，c(n)的到来，b(n)为第n个时刻与第n-1个时刻的功率差，c(n)为第n-1个时刻的采样步长；

计算马氏距离并找到mdkmin；

计算实际的输出误差确定对应的kd，并与马氏距离mdk进行比较；

如果mdk＞kd，直流电压误差为ek，如果直流电压误差ek≤ck，则观测控制是否完成，算法结束；如果直流电压误差ek＞ck，则产生新规则，确定新参数，计算所有规则误差减少率err；如果误差减少率err小于阈值，则就删去这条规则观测控制是否完成，算法结束；如果误差减少率err不小于阈值，则继续产生新的规则，直到满足误差减少率err小于阈值；

如果mdk≤kd，直流电压误差为ek，如果直流电压误差ek＞ke，则计算输入变量的敏感性bij并调整宽度，调整结论参数，观测控制是否完成，算法结束；如果系统误差ek≥ke，则满足要求，观测控制是否完成，算法结束。

进一步，误差：

||ek||＝||tk-yk||

其中第k个时刻期望输出是tk；

如果ek>ke，则一条新的规则就增加；其中：

其中，emin指的是输出精度，emax指的是最大误差，k指的是学习的次数，β∈(0，1)指的是收敛常数，推导出：

产生了u个模糊规则，当一个新的样本出现时，把输入的变量投影到一维的隶属函数空间，计算数据与边界集φi之间的欧式距离edi(j)，并且找到它的最小值edi(jn)，如果：

edi(jn)≤kmf

不用分配新的高斯函数，否则就需要产生一个新的高斯函数，它的宽度由下式决定，其中心的设置如下：

ci(u+1)＝xi^k；

模型为：d＝hθ+e；其中，d＝t^t为期望的输出，h＝φ^t＝(h1…hv)，θ为它的实参数，e是误差向量；h通过qr分解成正交基向量集：h＝pn，其中p＝(p1，p2，…，pv)；

马氏距离：

令：

如果：

mdk,min＝mdk(j)＞kd

则表明增加一条新规则因为现有的系统不足以满足ε－完备性，其中kd这样变化：

上式中，r指的是衰减常数。

下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

如图1和图2所示，本发明实施例提供的基于绝缘栅双极型晶体管的双向功率变换ac-dc系统包括：电路板1、电流检测器2、电流保护器3、绝缘栅双极型晶体管芯片4、绝缘栅型场效应管5、双极型三极管6、续流二极管芯片7、整流器8、滤波器9、ac/dc变换器10。

所述电路板1上端安装有电流检测器2，所述电流检测器2下端电连有电流保护器3，所述电流保护器3下端电连有绝缘栅双极型晶体管芯片4，所述绝缘栅双极型晶体管芯片4下端电连有续流二极管芯片7，所述电路板1两端锡焊有绝缘栅型场效应管5与双极型三极管6，所述绝缘栅型场效应管5、双极型三极管6分别与绝缘栅双极型晶体管芯片4、续流二极管芯片7电连接；

所述续流二极管芯片7与整流器8、滤波器9电连接，所述滤波器9与ac/dc变换器10电连接。

所述绝缘栅双极型晶体管芯片4与续流二极管芯片7桥接在电路板中间。所述ac/dc变换器10的电源相数为多相。

本发明的工作原理：首先通过电流检测器2对电路中输入电流进行检测，随后通过电流保护器3对绝缘栅双极型晶体管进行过流保护；通过绝缘栅双极型晶体管芯片4对绝缘栅型场效应管5进行控制，通过续流二极管芯片7对双极型三极管6进行控制，封装后的绝缘栅双极型晶体管模块直接应用于ac/dc变换器10；输入电流经过续流二极管芯片7输入整流器8，通过整流器8对输入电流进行整流，随后电流经过滤波器9进行滤波，经过整流和滤波后的输入电流最后传输至ac/dc变换器10，通过ac/dc变换器10将输入的交流电源转换成需要的直流电压输出，供电器使用。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(dsl)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘solidstatedisk(ssd))等。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。