[发明专利]一种三电平变换器的建模方法

权利要求书

1.一种三电平变换器的建模方法，所述三电平变换器包括输入电源U_in、三电平变换电路、滤波电路和负载R_L，其中滤波电路包括滤波电感L_f、滤波电容C_f和其等效串联电阻R_ESR；包括以下步骤：

1)分析三电平变换器，确定系统的工作模态，

2)建立各个工作模态的状态方程，

3)建立系统平均状态方程，

4)建立系统的小信号模型；

其特征在于，所述步骤1)中，所述三电平变换器工作在三电平和两电平两种工作模式；所述三电平工作模式包含1电平工作模态、1/2电平工作模态和0电平工作模态，所述两电平工作模式包含1/2电平工作模态和0电平工作模态；可得三电平变换器存在三个工作模态，即1电平工作模态、1/2电平工作模态和0电平工作模态；

所述步骤2)中，1电平工作模态对应的三电平开关电路输出电压U_AB为nU_in，可得其状态方程为

其中，u_cf为滤波电容C_f的电压，i_L为流过滤波电感C_f的电流，n为变比，为i_L对时间的导数，为u_cf对时间的导数；

1/2电平工作模态对应的三电平开关电路输出电压U_AB为nU_in/2，可得其状态方程为

0电平工作模态对应的三电平开关电路输出电压U_AB为0，可得其状态方程为

所述步骤3)中，根据各个工作模态的导通时间和各工作模态的状态方程，确定系统的平均状态方程：

式中，d₁为1电平工作模态的时间t_on1与三电平变换电路输出电压U_AB周期T_s之比，d₂为t_on2与U_AB周期T_s之比，其中，t_on2为1/2电平工作模态的时间与1电平工作模态的时间之和；

所述步骤4)中，输出电压u_o和输出滤波电容电压u_cf的关系式：

可确定系统的小信号模型：

式中，N(s)＝2[L_fC_f(R_ESR+R_L)s²(R_LC_fR_ESR+L_f)s+R_L]，上标带^的为相关变量的小信号量。

2.根据权利要求1所述的三电平变换器的建模方法，所述三电平变换电路可为隔离电路也可为非隔离电路。

3.根据权利要求2所述的三电平变换器的建模方法，所述三电平变换电路为非隔离电路时，变比n为1；所述三电平变换电路为隔离电路时，变比n为变压器副边匝数与原边匝数之比。

4.根据权利要求1所述的三电平变换器的建模方法，所述三电平变换器工作在三电平模式时，所述时间t_on1可调，所述时间t_on2为最大导通时间t_on(max)，即d₁可调，d₂为最大值d_2max；所述三电平变换器工作在两电平模式时，所述时间t_on1为0，所述时间t_on2可调，即d₁为0，d₂可调。