三电平buck变换器的母线平衡控制系统及方法与流程

本发明属于集成电路，具体涉及三电平buck变换器的母线平衡控制系统及方法。

背景技术：

1、降压式(buck)变换器是一种输出电压小于等于输入电压的非隔离直流变换器。由于buck变换器中开关器件的金属散热片与散热器紧紧地贴在一起，且涂上导热硅脂，所以开关管的集电极、发射极与散热器之间形成了很大的寄生电容。当开关器件高频动作时，跳变电压不断的对寄生电容进行充放电，从而形成共模电流。

2、因此为了解决三电平buck变换器的共模干扰问题，通常会通过中线把前后级母线(即高压侧母线和低压侧母线)的中点连接起来，但是该拓扑应用时会存在中点平衡问题。

3、图1为三电平buck变换器的电路图，c_hv+和c_hv-为高压侧母线，c_lv+和c_lv-为低压侧母线，图中电流关系为：

4、

5、根据电流关系，当需要调节高压侧母线平衡时，则需要控制s1和s4电流有偏差，比如正母线电压高，则使s4电流小于s1，相当于调节pwm波的占空比偏差。高压侧pi调节电路参见图2，主控制环路为低压输出电流外环和电感电流内环，用来控制低压输出电流稳定在设定值；不平衡控制环路为高压侧母线的电压差值做pi闭环，用来调节s1和s4两个开关管占空比的差值。例如：当高压侧母线中负母线c_hv-的电压大于正母线c_hv+的电压时，不平衡控制环路输出正值，s4占空比大于s1，使得ihn＝ihv+-ihv-＝is4-is1＞0，从而把电压调节回来。

6、当需要调节低压侧母线平衡时，则需要控制两路电感电流有偏差，比如正母线高时，则使正电感电流减小(降压充电方向)。低压侧pi调节电路参见图3，主控制环路为低压输出电流外环和电感电流内环，用来控制低压输出电流稳定在设定值；不平衡控制环路为低压侧母线的电压差值做pi闭环，用来调节l1和l2两个电感流过的电流的差值。例如：当低压侧母线中负母线c_lv-的电压大于低压侧母线中正母线c_lv+的电压时，不平衡控制环路输出正值，电感l1的电流大于电感l2的电流，使得iln＝ilv--ilv+＝-il2-il1＜0，从而把电压调节回来。

7、但是上述调节方法存在以下问题：s1和s4的占空比变化会对应改变l1和l2的电感电流。所以高压侧母线平衡的调节和低压侧母线平衡的调节互相影响。例如：要调节ihn＞0时，调节结果会使得iln＞0，所以在高压侧母线完全调节平衡后，可能导致低压侧母线正负有偏差。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明提供三电平buck变换器的母线平衡控制系统及方法，解决现有调节方法中存在的高压侧母线平衡的调节和低压侧母线平衡的调节互相影响的缺陷。

2、第一方面，三电平buck变换器的母线平衡控制系统，分别连接至三电平buck变换器的高压侧pi调节电路和低压侧pi调节电路；包括第一切换模块、和/或第二切换模块；

3、第一切换模块的输出连接至高压侧pi调节电路；第一切换模块用于根据低压侧母线中输出电流的方向对高压侧母线的中点进行pi调节；

4、第二切换模块的输出分别连接至高压侧pi调节电路和低压侧pi调节电路；第二切换模块用于启动或停止对低压侧母线和高压侧母线的pi调节。

5、进一步地，第一切换模块连接至高压侧pi调节电路的pi调节器；第一切换模块具体用于：

6、采样低压侧母线的输出电流，定义为低压输出电流；

7、计算高压侧母线的输出电压差值，定义为高压输出电压差值；

8、根据低压输出电流的方向确定高压输出电压差值的方向；

9、将确定好方向的高压输出电压差值传输给高压侧pi调节电路的pi调节器。

10、进一步地，第二切换模块分别连接至高压侧pi调节电路的pi调节器和低压侧pi调节电路的pi调节器；第二切换模块具体用于：

11、实时分别计算高压侧母线、低压侧母线的不平衡度；

12、循环定义不平衡度最大的母线为调节目标；

13、计算调节目标的输出电压差值，定义为调节目标差值；

14、将调节目标差值传输给调节目标对应的pi调节器。

15、进一步地，高压侧母线的不平衡度khv的计算公式包括：

16、

17、低压侧母线的不平衡度klv的计算公式包括：

18、

19、其中，uδhv为高压侧母线的输出电压差值，uc_hv+为高压侧母线中正母线的输出电压，uc_hv-为高压侧母线中负母线的输出电压；uδlv为低压侧母线的输出电压差值，uc_lv+为低压侧母线中正母线的输出电压，uc_lv-为低压侧母线中负母线的输出电压。

20、进一步地，第二切换模块具体用于：

21、当调节目标为高压侧母线时，采样低压输出电流；

22、计算高压输出电压差值；

23、根据低压输出电流的方向确定高压输出电压差值的方向；

24、将确定好方向的高压输出电压差值传输给高压侧pi调节电路的pi调节器。

25、第二方面，三电平buck变换器的母线平衡控制方法，包括：

26、根据低压侧母线中输出电流的方向对高压侧母线的中点进行pi调节；

27、和/或，启动或停止对低压侧母线和高压侧母线的pi调节。

28、进一步地，根据低压侧母线中输出电流的方向对高压侧母线的中点进行pi调节具体包括：

29、采样低压侧母线的输出电流，定义为低压输出电流；

30、计算高压侧母线的输出电压差值，定义为高压输出电压差值；

31、根据低压输出电流的方向确定高压输出电压差值的方向；

32、将确定好方向的高压输出电压差值传输给高压侧pi调节电路的pi调节器。

33、进一步地，启动或停止对低压侧母线和高压侧母线的pi调节具体包括：

34、实时分别计算高压侧母线、低压侧母线的不平衡度；

35、循环定义不平衡度最大的母线为调节目标；

36、计算调节目标的输出电压差值，定义为调节目标差值；

37、将调节目标差值传输给调节目标对应的pi调节器。

38、进一步地，高压侧母线的不平衡度khv的计算公式包括：

39、

40、低压侧母线的不平衡度klv的计算公式包括：

41、

42、其中，uδhv为高压侧母线的输出电压差值，uc_hv+为高压侧母线中正母线的输出电压，uc_hv-为高压侧母线中负母线的输出电压；uδlv为低压侧母线的输出电压差值，uc_lv+为低压侧母线中正母线的输出电压，uc_lv-为低压侧母线中负母线的输出电压。

43、进一步地，当调节目标为高压侧母线时，采样低压输出电流；

44、计算高压输出电压差值；

45、根据低压输出电流的方向确定高压输出电压差值的方向；

46、将确定好方向的高压输出电压差值传输给高压侧pi调节电路的pi调节器。

47、由上述技术方案可知，本发明提供的母线平衡控制系统及方法，能够使得高压侧母线和低压侧母线中正母线和负母线的电压差均控制在一个合理范围内，解决现有调节方法中存在的高压侧母线平衡的调节和低压侧母线平衡的调节互相影响的缺陷。