[发明专利]飞跨电容的电压平衡控制装置与电压平衡控制方法

说明书

本发明为一种飞跨电容的电压平衡控制装置与电压平衡控制方法，是利用电流方向预估单元从飞跨电容多电平变换电路中获得任一所选的飞跨电容的电压变化量，且接收所选飞跨电容的相邻两个开关的反馈信号，并将调节周期内所产生的反馈信号作平均或累计运算而输出运算结果，取电压变化量与运算结果相乘及/或相除的符号作为电流方向的预估，如此一来，本发明的飞跨电容多电平变换电路的飞跨电容的电压平衡便可实现。

技术领域

本发明涉及一种电压平衡控制装置，特别涉及一种飞跨电容的电压平衡控制装置与电压平衡控制方法。

背景技术

近年来，对大功率变流装置的需求呈现出快速增长的趋势。其中，多电平变换电路因具有降低开关元件电压应力的显著特点，得以快速发展并较多地应用在高压大功率领域。多电平变换电路的优点还体现在滤波电感电压的高频化和低电压，使滤波电感得以小型化并减小损耗。此外，多电平变换电路还具有电压(dv/dt)变化率低，和共模电压波动小等优点。

目前多电平变换电路应用主要有三种结构分别为：二极管钳位型、级联型和飞跨电容型。其中，二极管钳位型多电平变换电路具有直流母线侧的各电容的电压均压困难和电压应力不均匀等缺点。级联型多电平变换电路则具有需要多个不共地的独立直流电源的缺点。而飞跨电容型的多电平变换电路与前两种相比，由于其电路简单、元件数量少，并有大量的冗余开关状态，故具有更容易向多电平发展的优良特点。

然对于飞跨电容的多电平变换电路而言，飞跨电容的电压平衡是一个必须予以解决的关键点。请参阅图1，是为传统飞跨电容型的多电平变换电路的电路结构图。如图所示，一般而言，飞跨电容多电平变换电路包含多个飞跨电容、从一直流正极依次串接到一直流负极的偶数个开关和与偶数个开关所串接的中间点连接的一滤波电感，每一飞跨电容的两端是分别跨接至串接中间点两侧的对应相邻两个开关的连接点。因而，传统的飞跨电容p+1电平变换电路可视为由p个基本单元b和滤波电感所组成(例如图1所示，是由四个基本单元b和滤波电感L_f组成五电平变换电路)，其中，每一基本单元b包含由一个飞跨电容所构成的输入端和由两个开关所构成的输出端(例如由飞跨电容C₁与开关Q₁、开关Q_1b所组成的基本单元、由飞跨电容C₂与开关Q₂、开关Q_2b所组成的基本单元、由飞跨电容C₃与开关Q₃、开关Q_3b所组成的基本单元，及由飞跨电容C₄与开关Q₄、开关Q_4b所组成的基本单元)。最远离滤波电感的基本单元b的输入端(电压输入端/高压侧)是与高电压直流母线电连接而接收输入电压V₁，而其输出端连接至下一个基本单元b的输入端，其后的基本单元b的输入端均依次连接到上一个基本单元b的输出端，各基本单元b以此方式完成前后级联。其中，相互级联的每一基本单元b的飞跨电容是并联连接于各自的基本单元b的输入端，并与上下两个互补导通的开关的一端连接，两个开关的另一端连接至下一个基本单元b的输入端，而最后一个基本单元b的输出端则与滤波电感L_f的一端连接。每一基本单元b通过各自开关的切换作动而在各自的输出端(相对于高压侧的中点或正负端的电压输出端)获得多个直流电平，并通过滤波电感L_f、滤波电容C_f进行低通滤波而输出输出电压V₂至低压侧。