的电压保持稳定。具体实现过程如下:
[0031]a.当分压电容Cl电压上升时，开关SI导通，分压电容Cl给电感LI释放能量，分压电容Cl电压下降；
[0032]b.开关SI断开，开关S4导通，电感LI电流通过开关S4续流，同时向分压电容C2充电，分压电容C2电压将升高；
[0033]c.分压电容C2电压上升时，开关S2导通，分压C2给电感L2释放能量，分压电容C2电压下降；
[0034]d.开关S2断开，开关S5导通，电感L2电流通过开关S5续流，同时电感L2向分压电容C3充电，分压电容C3电压升高；
[0035]e.以此类推，直到输出电容C4通过电感L3充电，恢复到初始电压；
[0036]f.从上面的实现过程可以看出，实质上是通过辅助电路将最上一级电容的能量逐级搬运到输出电容上，从而维持输出电容上的电压。
[0037]2)实现升压时，功率由低压侧流向高压侧，通过辅助电路的栗升作用，将最底一级的电容上的能量逐级传递到上一级电容，从而维持串联后电容的总电压不变。具体实现过程如下:
[0038]a.开关S6导通，分压电容C4上电压(输入电压)通过开关S6给电感L3释放能量，电感电流上升；
[0039]b.开关S6断开，开关S3导通，电感L3电流通过开关S3续流，电感L3向分压电容C3充电，分压电容C3电压升高，电感L3电流下降；
[0040]c.开关S5导通，分压电容C3通过开关S5向电感L2释放能量，电感L2电流上升；
[0041]d.开关S5断开，开关S2导通，电感L2通过开关S2向分压电容C2充电，分压电容C2电压逐渐上升，电感L2电流逐渐下降；
[0042]e.以此类推，直到电感LI通过开关SI向分压电容Cl充电，从而使得串联后电容达到需求的高电压；
[0043]f.从上面的实现过程可以看出，实质上是通过辅助电路将最底一级电容的能量逐级搬运(栗升)到上层电容上，从而维持串联电容上输出的高电压。
[0044]图2为本发明的一种基于电容分压结构的高压直流变压器的控制结构框图。具体功能如下所述:
[0045]I)每一级电容具有独立的PffM稳压控制系统；
[0046]2)中央控制器通过采样高压侧与低压侧的电流和电压值，判断功率流动方向，从而实现升压控制策略与降压控制策略的切换；
[0047]3)中央控制器通过采样功率输入侧的电压值，根据变压器设定的变比，计算出每级电容电压的参考值，并发送至各个电容的PWM稳压控制系统作为电压参考；
[0048]4)每级电容通过PffM稳压控制系统调节对应的两个开关器件导通的占空比稳定各自电压；
[0049]5)各级电压稳定后，输出电压也将稳定。
[0050]图3为系统中央控制器(CPU)功能框图，具体功能模块叙述如下:
[0051]I)功率方向判别模块:通过采样高压侧与低压侧的电流、电压，计算功率方向，从而输出升压控制或降压控制的判别信号，选择控制模式；
[0052]2)电容电压参考值计算模块:在功率判别的基础上，根据用户需要设定是定电压运行模式还是定变比运行模式，通过采样高压或低压侧电压，计算出每个电容所需稳定的电压作为各个电容独立PWM稳压控制器的给定电压ref-Cl、ref-C2、......ref-Cn ；
[0053]3)过流、过压、功率保护模块:通过检测高压、低压侧的电流电压，判断是否超过设定阈值，从而输出开关管的保护驱动信号。
[0054]本发明的优点:
[0055]I)低压开关器件，实现高压应用，避免器件串联应用时产生的端电压静态和动态不均衡的问题。本发明中每个开关器件只承受对应单个电容电压；
[0056]2)拓扑结构简单，每一级电容只需两个开关器件配合，控制简单，又因为每级稳压模块独立控制，控制可靠性高；
[0057]3)同电压、同功率等级下，与多模块输入串联输出并联组合变换器结构相比开关器件使用数量明显降低，使得开关损耗大大降低，装置效率将大幅提高；
[0058]4)由于损耗降低，装置的散热条件和散热器体积将会降低，整体装置体积和重量也可以大大减小。
【主权项】
1.一种基于电容分压结构的高压直流变压器，其特征在于: 包括串联的电容组和辅助电路； 所述串联的电容组至少包括一个分压电容C3和一个输出电容C4 ; 所述辅助电路包括电感L3，以及开关S3和开关S6，其中，开关S3和电感L3串联后并联在分压电容C3的两端； 当开关S3断开时，电感L3通过开关S6并联在输出电容C4的两端； 所述输出电容的两端并联DC低压侧，分压电容Cl和输出电容C4的两端并联DC高压侧。2.根据权利要求1所述的一种基于电容分压结构的高压直流变压器，其特征在于:该高压直流变压器进一步包括有中央控制器，分压电容C3、电感L3和开关S3构成一级电容控制回路，该电容控制回路包括有PWM稳压控制系统。3.根据权利要求2所述的一种基于电容分压结构的高压直流变压器，其特征在于:所述中央控制器包括功率方向判别模块和电容电压参考值计算模块，所述功率方向判别模块通过采样高压侧和低压侧的电流和电压值，判断功率流动方向，从而确定电压控制策略，电容电压参考值计算模块根据确定的电压控制策略，计算PWM稳压控制器的给定电压，以此控制电压稳定。4.根据权利要求3所述的一种基于电容分压结构的高压直流变压器，其特征在于:所述PffM稳压控制系统通过调节对应的两个开关导通的占空比稳定电压。5.根据权利要求3所述的一种基于电容分压结构的高压直流变压器，其特征在于??每一级的PffM稳压控制系统独立控制。6.根据权利要求1所述的一种基于电容分压结构的高压直流变压器，其特征在于:所述中央控制器进一步包括有过流、过压、功率保护模块，通过检测高压、低压侧的电流电压，判断是否超过设定阈值，从而输出开关管的保护驱动信号。7.根据权利要求1所述的一种基于电容分压结构的高压直流变压器，其特征在于??分压电容C3、电感L3、开关S3和开关S6形成一级能量电路，所述的高压直流变压器包括有多级能量电路，多级能量电路之间串联连接，保证:当功率由高压侧流向低压侧时，将最上一级电容的能量逐级搬运到输出电容上；当功率由低压侧流向高压侧时，将最底一级电容的能量逐级搬运到上层电容上。8.—种基于权利要求1至7中任意一项所述的基于电容分压结构的高压直流变压器的控制方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)分别采集高压侧和低压侧的电流和电压，计算功率方向，然而确定选择升压控制或降压控制； (2)采集功率输入侧的高压，计算独立PffM稳压控制系统的给定电压，PffM稳压控制系统根据给定电压调节对应的两个开关导通的占空比，稳定电压。9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于:在步骤(2)中，通过采样功率输入侧的电压值，根据变压器的变比，计算每一级电容电压的参考值，发送给各级的PWM稳压控制系统，作为PWM稳压控制系统的给定电压。
【专利摘要】本发明提供了一种基于电容分压结构的高压直流变压器及其控制方法，高压直流变压器包括串联的电容组和辅助电路；所述串联的电容组至少包括一个分压电容C3和一个输出电容C4；所述辅助电路包括电感L3，以及开关S3和开关S6，其中，开关S3和电感L3串联后并联在分压电容C3的两端；当开关S3断开时，电感L3通过开关S6并联在输出电容C4的两端；所述输出电容的两端并联DC低压侧，分压电容C1和输出电容C4的两端并联DC高压侧。本发明采用电容分压降压输出的原理实现DCDC变换，通过控制闭环稳定各个电容电压的方法，实现能量在串联电容间的顺序传递，实现输出稳压的目标。
【IPC分类】H02M3/155
【公开号】CN105207476
【申请号】CN201510424268
【发明人】卓放, 孙乐嘉, 王丰, 易皓
【申请人】西安交通大学
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年7月17日