[发明专利]具有自然均压特性的ISOP系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及高压直流变换器领域，尤其涉及一种具有自然均压特性的ISOP系统及其控制方法。

背景技术

在轨道交通、舰船等高压输入低压输出的中大功率场合，为了降低变换器中开关管的电压应力，常常采用多个变换器在输入侧串联和输出侧并联，这就是输入串联输出并联(Input-Series-Output-Parallel，ISOP)系统。ISOP系统的优点是：可以实现模块化设计；每个模块的输出功率只有系统总输出功率的1/n(n为ISOP系统中的模块个数)，有利于降低设计难度；每个变换器的输入电压为系统输入电压的1/n，这样开关管的电压应力也降为原来的1/n，便于选取合适的开关管。

对于ISOP系统来说，保证其正常运行的关键是要实现各模块之间的输入均压以及输出均流。Kasemsan Siri的专利U.S.Patent7773395-Uniform Converter Input Voltage Distribution Power System公开了一种具有容错功能的民主均压控制策略，各模块输入电压采样信号分别通过一个二极管连接至均压母线，这样输入电压最高的模块自动成为主模块，其输入电压作为均压母线信号。将各模块的输入电压采样信号与均压母线信号分别进行比较，其偏差信号叠加到系统输出电压环的输出，从而调节各模块的输出功率，最终实现输入均压。Xinbo Ruan等人于2009年4月发表在IEEE Transactions on Industrial Electronics上的论文“Control Strategy for Input-Series-Output-Parallel Converters”[输入串联输出并联变换器控制策略]则分别将各模块的输入电压采样信号与其基准值进行比较，其误差值送到各自的输入均压调节器中，从而调节各模块的占空比信号。在n个模块中，只需要n-1个输入均压环，对于第n个模块来说，系统输出电压调节器输出与前n-1个模块的输入均压调节器输出相加后以调节该模块的占空比信号。该方法实现了各模块输入均压闭环与系统输出电压闭环之间的解耦，有利于各闭环参数的优化设计。Deshang Sha等人于2010年11月在IEEE Transactions on Power Electronics[电力电子期刊]上发表的论文“Cross-Feedback Output-Current-Sharing Control for Input Series Output Parallel Modular DC-DC Converters”[输入串联输出并联模块化DC-DC变换器输出电流均分交叉反馈控制]提出了一种各模块输出电流交叉反馈控制策略，其特点是各模块的电流内环反馈信号不是单独每个子模块的输出电流，而是其余模块电流之和。

以上各种方案都需要采样各个模块的输入电压或者输入/输出电流，对检测元件的耐压等级、精度和响应速度的要求较高，价格昂贵。而且，随着模块数量的增加，整个变换器的控制较为复杂。

为了简化控制的复杂度，Ramesh Giri等人于2006年7月发表在IEEE Transactions on Industry Applications[电力电子期刊]上的论文“Common-Duty-Ratio Control of Input-Series Connected Modular DC-DC Converter with Active Input Voltage and Load-Current Sharing”[自动均压均流的输入串联直流变换器的共同占空比控制]提出了共用占空比的输入均压控制策略。由于各个模块共用同一个占空比信号，因此输入电压高的模块的输入电流大，使其输入电压降低；而输入电压低的模块的输入电流小，使其输入电压升高，从而自动实现各模块的输入均压，而无需其他额外措施。但是，共用占空比的方法要求所有模块的参数是一致的，这样才能实现很好的输入均压效果。在实际电路中，电感、电容和变压器等参数很难做到完全一致，因此其均压效果不佳。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种具有自然均压均流特性的ISOP系统及其控制方法。

为了实现上述目的，本发明采取的具体的技术方案如下：

具有自然均压均流特性的ISOP系统，包括n个由Boost和LLC谐振变换器组成的子模块，其中，n为大于等于2的自然数；

每个子模块中，Boost变换器为前级，LLC谐振变换器为后级；Boost变换器的输出作为LLC谐振变换器的输入，两个变换器通过中间母线电容连接；