[发明专利]一种针对半桥三电平直流变换器的电容电压控制电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种针对半桥三电平直流变换器的电容电压控制电路，属于功率电子变换领域。

背景技术

三电平(Three level,TL)直流变换器具有主功率管电压应力低，输入和输出滤波器小等优点，因此非常适合应用于地铁动车辅助电源、船舶供电等高电压输入的功率变换场合。其中，半桥TL直流变换器不仅可以实现原副边隔离，同时易于实现原边开关管的软开关，降低变换器的开关损耗，提高变换效率，所以半桥TL直流变换器一直都被广泛研究。

半桥TL直流变换器用两只开关管串联来代替一只开关管，从而将每只开关管的电压应力降为输入电压V_in的一半。但相互串联的两只开关管的特性及其驱动电路特性不可能完全一致，当两只开关管关断时，它们所承担的电压可能不等。带箝位二极管的半桥三电平直流变换器可以保证两只开关管承受的电压应力均为V_in/2，但是变换器正常工作的是外面的两只开关管必须先于对应的里面两只开关管关断。带飞跨电容的半桥三电平直流变换器解耦了两只开关管的开关过程，外面的两只开关管和里面的两只开关管分别互补导通，外面的开关管和里面的开关管的开关时序没有限制。但是，当输入分压电容和飞跨电容电压不等时，存在开关电容模态，回路产生很大的瞬时电流强迫箝位二极管导通均衡电容电压，易造成箝位二极管损坏。

无箝位二极管和飞跨电容的四开关半桥TL直流变换器本质上是两个桥臂串联，分压电容可以箝位原边开关管，开关管可以实现软开关，电路结构简单，可靠性高，降低了箝位二极管带来的导通损耗，避免了二极管可能出现的可靠性问题。但是在实际工作中，由于控制和驱动电路的延时以及主功率管的特性不一致等因素造成正负半周期占空比不等以及续流时间不等，导致变换器的分压电容和隔直电容电压不一定为V_in/2，即存在偏压问题。但是如果输入分压电容电压不均以及隔直电容电压不等于V_in/2，那么原边开关管以及副边整流二极管的电压应力增加，影响电路的可靠工作。因此需要寻找控制策略，来实现输入分压电容均压和隔直电容电压等于输入电压一半的目的，保证变换器的可靠工作。

发明内容

为了解决上述背景技术存在的问题，本发明旨在提供一种针对半桥三电平直流变换器的电容电压控制电路，实现输入分压电容均压和隔直电容电压等于输入电压一半的目的，保证变换器的可靠工作。

为了实现上述的技术目的，本发明的技术方案是：

一种针对半桥三电平直流变换器的电容电压控制电路，包含输出电压调节器、隔直电容电压调节器、分压电容电压调节器、隔直电容电压控制电路和分压电容均压控制电路、第一RS触发器和第二RS触发器；所述隔直电容电压控制电路包含两个输入端和两个输出端，其中一个输入端连接输出电压调节器的输出端，另一个输入端连接隔直电容电压调节器的输出端；所述分压电容均压控制电路包含两个均压控制单元，每个均压控制单元的输入端连接隔直电容电压控制电路的输出端和分压电容电压调节器的输出端，第一均压控制单元的输出端连接第一RS触发器的输入端，第二均压控制单元连接第二RS触发器的输入端，第一RS触发器和第二RS触发器的输出端分别输出开关管驱动信号。

上述的输出电压调节器采用第一反相比较器，隔直电容电压调节器采用第二反相比较器，分压电容电压调节器采用第三反相比较器，第一反相比较器的反相端接半桥三电平直流变换器的输出采样电压，它的同相端接半桥三电平直流变换器的输出基准电压；第二反相比较器的反相端接半桥三电平直流变换器的隔直电容采样电压，它的同相端接半桥三电平直流变换器的隔直电容基准电压；第三反相比较器的反相端接半桥三电平直流变换器的分压电容采样电压，它的同相端接半桥三电平直流变换器的分压电容基准电压。

上述的隔直电容电压控制电路包含第一加法器和第一个减法器，第一加法器的同相端分别连接输出电压调节器的输出端和隔直电容电压调节器的输出端，它的反相端接地；第一减法器的反相端接隔直电容电压调节器的输出端，它的同相端连接输出电压调节器的输出端，且该同相端接地。