本來(lái)一個(gè)個(gè)都熱情地稱呼劉晨小先生，客氣得很，現(xiàn)在設(shè)備也搞定了，又查出這種事，心中不爽之下，自然說(shuō)話也不會(huì)客氣。

    好幾個(gè)教授都指責(zé)劉晨。

    秦明和龔書仍然不說(shuō)話。

    劉晨道：“呵，確實(shí)忘了說(shuō)專利的事了，我也差點(diǎn)給忘了，確實(shí)有這么回事?！?br/>
    黃杰忙道：“是吧，你是不是認(rèn)識(shí)這申請(qǐng)專利的人？”

    “我確實(shí)認(rèn)識(shí)?！眲⒊康馈?br/>
    嘩啦啦一片喧嘩，這無(wú)疑承認(rèn)了他不過(guò)是從人家那兒偷學(xué)了這套技術(shù)，并非原創(chuàng)，也不是什么天才，就是會(huì)考試的學(xué)生罷了。

    好些個(gè)丑陋的嘴臉。

    “不僅我認(rèn)識(shí)，你們?cè)谧拿恳粋€(gè)人都認(rèn)識(shí)?！眲⒊坑终f(shuō)，還笑了。

    “我們也認(rèn)識(shí)？那不可能?！?br/>
    “你早該說(shuō)出來(lái)的，現(xiàn)在搞得多被動(dòng)?！?br/>
    秦明的臉色略略有些難看，道：“這人是誰(shuí)呀？我們大家伙來(lái)自天南海北，不可能每個(gè)人都認(rèn)識(shí)呀?！?br/>
    龔書道：“即便劉晨是跟人學(xué)習(xí)，能掌握這么多的技術(shù)要領(lǐng)，那也是極為了不起了，絕對(duì)是我們江海大學(xué)特招進(jìn)來(lái)的高材生，我的課題組仍然需要這樣的人才，入學(xué)就過(guò)來(lái)跟著我親自帶的博士學(xué)習(xí)，等到本科畢業(yè)，那水平就很不錯(cuò)了，說(shuō)不定能做些創(chuàng)新性的研究了。”

    學(xué)習(xí)現(xiàn)有的技術(shù)，和創(chuàng)新，那完全是兩種截然不同的能力，段位差很多。

    這檔次一下子就降低了，本來(lái)是課題組的副研究員待遇，未來(lái)的接班人，好嘛，現(xiàn)在就是個(gè)學(xué)生身份了，讓個(gè)博士生帶著。

    不過(guò)好歹給劉晨說(shuō)了話，責(zé)難的聲音明顯就小了很多。

    劉晨搖了搖頭，道：“大家伙不是很關(guān)心誰(shuí)申請(qǐng)了專利嘛。那我就告訴你們唄，也沒(méi)什么?！?br/>
    眾人側(cè)耳傾聽(tīng)。

    “那不過(guò)是我高三復(fù)習(xí)階段無(wú)聊撰寫的諸多專利之一罷了，我跟我自己學(xué)習(xí)了這些技術(shù)，恐怕你們會(huì)不信。我就大方點(diǎn)，直接告訴你們我都寫了啥吧，不是很想知道我怎么實(shí)現(xiàn)的控制嗎？”

    劉晨笑著在白板上畫框圖說(shuō)了起來(lái)。

    ……

    技術(shù)領(lǐng)域

    本發(fā)明涉及一種DC/DC變換器中的多電平逆變器的拓?fù)浼翱刂品椒?，具體是一種開(kāi)關(guān)頻率保持恒定、基于串聯(lián)諧振軟開(kāi)關(guān)的多電平逆變器拓?fù)浼半妷簻h(huán)控制。

    發(fā)明內(nèi)容

    本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出一種基于串聯(lián)諧振軟開(kāi)關(guān)的多電平逆變器的電壓滯環(huán)控制。在諧振電流過(guò)零點(diǎn)切換開(kāi)關(guān)器件，因而開(kāi)關(guān)頻率是恒定的，由于是軟開(kāi)關(guān)控制，開(kāi)關(guān)頻率可以達(dá)到很高，且開(kāi)關(guān)損耗較小。將基于串聯(lián)諧振軟開(kāi)關(guān)的多電平逆變器與電壓滯環(huán)控制結(jié)合起來(lái)，可保持開(kāi)關(guān)頻率恒定，易實(shí)現(xiàn)輸出電壓的快速、穩(wěn)定控制。

    本發(fā)明是針對(duì)采用高頻多電平逆變器的串聯(lián)諧振DC/DC變換器，該變換器拓?fù)浒ǎ耗孀兤鲗⑤斎氲姆€(wěn)定直流電壓轉(zhuǎn)換為多種脈沖電平輸出，用來(lái)對(duì)串聯(lián)諧振的幅度進(jìn)行調(diào)整；串聯(lián)諧振電路由外加電容器C與變壓器T1的漏感組成，如果變壓器T1的漏感不足。可外加電感，將逆變器輸出的脈沖電平轉(zhuǎn)換為正弦波形，以便于變壓器T1升壓或降壓；高頻不可控整流器對(duì)高頻正弦電壓整流，得到輸出的直流電壓Uout。

    所提出的多電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有2種，一種稱為單向多電平逆變器，另一種稱為雙向多電平逆變器。普通逆變器為4個(gè)開(kāi)關(guān)器件組成的2個(gè)橋臂，輸入1種電平，可輸出3種電平，單向多電平逆變器在普通逆變器前端或后端的一側(cè)增加開(kāi)關(guān)管，增加一個(gè)開(kāi)關(guān)器件。輸入電平增加一種，輸出電平增加兩種，輸入n種電平，需要一側(cè)增加n-1個(gè)開(kāi)關(guān)器件?？偣残枰猲+3個(gè)開(kāi)關(guān)器件；雙向多電平逆變器是在普通逆變器的基礎(chǔ)上，前端和后端兩側(cè)對(duì)稱增加開(kāi)關(guān)器件，增加一對(duì)開(kāi)關(guān)器件，輸入電平增加一種，輸出電平增加兩種，輸入n種電平。兩側(cè)增加2(n-1)個(gè)開(kāi)關(guān)器件，總共需要2(n+1)個(gè)開(kāi)關(guān)器件。

    本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟：

    1、諧振電流的采集和處理

    通過(guò)電流互感器或在串聯(lián)諧振電路中串入一個(gè)小電阻，以電壓的形式測(cè)量得到初始諧振電流Ires_p，初始諧振電流為實(shí)際諧振電流的反向，電壓跟隨器將其反向放大得到Ires_in。將放大后的諧振電流Ires_in的相位前移ts，前移的時(shí)間為控制器器、驅(qū)動(dòng)電路及開(kāi)關(guān)器件切換等延遲時(shí)間，以保證開(kāi)關(guān)器件在諧振電流過(guò)零點(diǎn)時(shí)切換狀態(tài)。將前移后的諧振電流Ires_s從正弦波形轉(zhuǎn)換為控制器可識(shí)別的脈沖波形Ires通入控制器，以檢測(cè)過(guò)零點(diǎn)，脈沖波形Ires的幅值要與控制器的處理電平相同，處理器的電平一般為3。3V或5V。

    2、輸出電壓的采集

    通過(guò)電壓互感器或電阻分壓的方式測(cè)量輸出電壓Uout，采用電阻分壓的方式還需要通過(guò)線性光耦將功率電路與控制電路隔離。

    3、電壓比較值的給定

    電壓滯環(huán)控制分為直接電壓滯環(huán)控制和間接電壓滯環(huán)控制，直接電壓滯環(huán)控制是采集輸出電壓Uout，直接與給定的電壓比較值進(jìn)行比較，將結(jié)果輸入控制器；間接電壓滯環(huán)控制是輸出電壓Uout與給定的參考電壓Uref通過(guò)調(diào)節(jié)器，將其結(jié)果與給定的電壓比較值進(jìn)行比較。直接電壓滯環(huán)控制的給定電壓比較值根據(jù)給定的參考電壓Uref和滯環(huán)的數(shù)量、寬度直接決定，隨輸出電壓Uout的變化而變化；間接電壓滯環(huán)控制的給定電壓比較值根據(jù)調(diào)節(jié)器的參數(shù)和設(shè)定的滯環(huán)數(shù)量、寬度決定，不因輸出電壓的變化而變化。

    給定電壓比較值的數(shù)量取決于逆變器的輸出電平數(shù)，逆變器輸入電平數(shù)n，由低到高分別為Ui1、Ui2、Ui3、…、Uin，則逆變器輸出電平數(shù)(2n+1)，由高到低分別為+Uin、+Uin-1、+Uin-2、…、+Ui1、0、-Ui1、-Ui2、-Ui3、…、-Uin，每種狀態(tài)輸出一種電平，因此有(2n+1)種狀態(tài)，按輸出電平由高到低分別稱為+n狀態(tài)、+(n-1)狀態(tài)、+(n-2)狀態(tài)、…、0狀態(tài)、-1狀態(tài)、-2狀態(tài)、-3狀態(tài)、…、-n狀態(tài)。給定電壓比較值的數(shù)量為2n，滯環(huán)的數(shù)量為n。

    對(duì)于直接電壓滯環(huán)控制，環(huán)寬由低到高分別為給定的參考電壓Uref的2h1%、2h2%、…、2hn%，給定電壓比較值由低到高分別為：U1。U2，…，U2n，則U1=(1-hn%)Uref，U2=(1-hn-1%)Uref。U3=(1-hn-2%)Uref，…，Un=(1-h1%)Uref，Un+1=(1+h1%)Uref，Un+2=(1+h2%)Uref，Un+3=(1+h3%)Uref，…，U2n=(1+hn%)Uref。

    對(duì)于間接電壓滯環(huán)控制，設(shè)定調(diào)節(jié)器的輸出穩(wěn)定在Ur，環(huán)寬由低到高分別為Ur的2h1%、2h2%、…、2hn%。給定電壓比較值由低到高分別為：U1，U2，…，U2n，則U1=(1-hn%)Ur，U2=(1-hn-1%)Ur，U3=(1-hn-2%)Ur，…，Un=(1-h1%)Ur，Un+1=(1+h1%)Ur。Un+2=(1+h2%)Ur，Un+3=(1+h3%)Ur，…，U2n=(1+hn%)Ur。

    4、確定下一個(gè)控制狀態(tài)

    對(duì)于直接電壓滯環(huán)控制。輸出電壓Uout與給定的電壓比較值進(jìn)行比較，Uout大于給定的電壓比較值，比較器輸出“1”，Uout小于給定的電壓比較值，比較器輸出“0”，2n個(gè)比較結(jié)果輸入到控制器中?？刂破饔涗浧渲小?”信號(hào)的數(shù)量為m，m與下一個(gè)輸出狀態(tài)的和值為n，即m=0，下一個(gè)狀態(tài)為+n、m=1，下一個(gè)狀態(tài)為+(n-1)、m=2，下一個(gè)狀態(tài)為+(n-2)、…、m=n，下一個(gè)狀態(tài)為0、m=n+1，下一個(gè)狀態(tài)為-1、m=n+2，下一個(gè)狀態(tài)為-2、m=n+3，下一個(gè)狀態(tài)為-3、…、m=2n，下一個(gè)狀態(tài)為-n。

    對(duì)于間接電壓滯環(huán)控制，調(diào)節(jié)器的輸出電壓Uoutr與給定的電壓比較值進(jìn)行比較，Uoutr大于給定的電壓比較值，比較器輸出“1”，Uoutr小于給定的電壓比較值，比較器輸出“0”，2n個(gè)比較結(jié)果輸入到控制器中，控制器記錄其中“1”信號(hào)的數(shù)量為m，m與下一個(gè)輸出狀態(tài)的差值為n，即m=2n，下一個(gè)狀態(tài)為+n、m=2n-1，下一個(gè)狀態(tài)為+(n-1)、m=2n-2，下一個(gè)狀態(tài)為+(n-2)、…、m=n，下一個(gè)狀態(tài)為0、m=n-1，下一個(gè)狀態(tài)為-1、m=n-2，下一個(gè)狀態(tài)為-2、m=n-3，下一個(gè)狀態(tài)為-3、…、m=0，下一個(gè)狀態(tài)為-n。

    除此之外，還需對(duì)諧振電流和電容器C的電壓進(jìn)行限制，設(shè)定最高限值，若兩者有其一超過(guò)設(shè)定的限值，下一個(gè)輸出狀態(tài)強(qiáng)制為零狀態(tài)或負(fù)狀態(tài)，若兩者都超過(guò)設(shè)定的限值，下一個(gè)輸出狀態(tài)強(qiáng)制為負(fù)狀態(tài)，以保護(hù)開(kāi)關(guān)器件，防止過(guò)電流和過(guò)電壓。

    另外，比較器輸出的脈沖信號(hào)的幅值要與控制器的處理電平相同，控制器的處理電平一般為3。3V或5V。

    5、輸出開(kāi)關(guān)控制信號(hào)

    輸入到控制器中的信號(hào)有前移后變?yōu)槊}沖波形的諧振電流信號(hào)Ires，滯環(huán)比較的2n個(gè)結(jié)果，根據(jù)滯環(huán)比較的結(jié)果確定下一個(gè)狀態(tài)，將Ires的半周期整數(shù)倍作為確定狀態(tài)的觸發(fā)信號(hào)，根據(jù)下一個(gè)狀態(tài)輸出開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，Ires的半周期為開(kāi)關(guān)器件切換狀態(tài)的觸發(fā)信號(hào)。

    根據(jù)開(kāi)關(guān)器件不同的導(dǎo)通方式，多電平逆變器的輸出有3種基本狀態(tài)，分別為正狀態(tài)、零狀態(tài)、負(fù)狀態(tài)。正狀態(tài)是多電平逆變器輸出的脈沖電壓方向與諧振電流方向相同，對(duì)諧振電流起到增強(qiáng)作用；零狀態(tài)是多電平逆變器輸出脈沖電壓為零，諧振電路形成回路。諧振電流僅受負(fù)載影響；負(fù)狀態(tài)是多電平逆變器輸出的脈沖電壓方向與諧振電流方向相反，使得諧振電流減弱。同一狀態(tài)，諧振電流的方向不同相應(yīng)的多電平逆變器的輸出電平方向也要隨之改變，開(kāi)關(guān)器件對(duì)應(yīng)不同的導(dǎo)通方式。在諧振電流的過(guò)零點(diǎn)切換開(kāi)關(guān)器件的狀態(tài)。以使得開(kāi)關(guān)損耗為零，且開(kāi)關(guān)頻率與串聯(lián)諧振頻率始終保持相同。

    零狀態(tài)時(shí)，多電平逆變器的基本4個(gè)開(kāi)關(guān)器件輪流導(dǎo)通兩個(gè)上橋臂或兩個(gè)下橋臂，考慮到開(kāi)關(guān)器件的使用壽命，不易一直導(dǎo)通兩個(gè)上橋臂或兩個(gè)下橋臂。如果開(kāi)關(guān)器件反并聯(lián)快速二極管。也可根據(jù)諧振電流的方向?qū)ɑ?個(gè)開(kāi)關(guān)器件中的一個(gè)，利用相應(yīng)的一個(gè)快速二極管替代與之并聯(lián)的開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通形成回路。

    對(duì)于負(fù)狀態(tài)，若多電平逆變器中的開(kāi)關(guān)器件都反并聯(lián)了快速二極管，可關(guān)閉所有的開(kāi)關(guān)器件，任由諧振電路根據(jù)自身能量選擇導(dǎo)通的快速二極管形成通路，此種控制方法簡(jiǎn)單，但是n種負(fù)狀態(tài)無(wú)法確定控制。若要控制負(fù)狀態(tài)，必須通過(guò)導(dǎo)通開(kāi)關(guān)器件的方式，對(duì)于不同的諧振電流方向，某個(gè)負(fù)狀態(tài)導(dǎo)通的開(kāi)關(guān)器件是不同的。

    對(duì)于單向多電平逆變器。只有一側(cè)增加了開(kāi)關(guān)器件，以增加輸入的電平數(shù)量，對(duì)于兩個(gè)方向的諧振電流，控制開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通時(shí)只能通過(guò)“互補(bǔ)”的方式。基本的4個(gè)開(kāi)關(guān)器件為S1H、S2H、S1L、S2L，S1H和S2H組成一個(gè)橋臂，S1L和S2L組成一個(gè)橋臂，S1H和S1L為兩個(gè)上橋臂，在前側(cè)增加開(kāi)關(guān)器件S3、S4、S5、…、S(n+1)，輸入的電平數(shù)為n，以H點(diǎn)流向L點(diǎn)為諧振電流正方向。對(duì)于-t(1≤t≤n-1)狀態(tài)，增加的輸入電平為-Ui(n+2-t)，諧振電流為負(fù)時(shí)，開(kāi)關(guān)器件St和S2L導(dǎo)通。或開(kāi)關(guān)器件St和S2L反并聯(lián)的快速二極管D2L導(dǎo)通，向諧振電路輸出-Ui(n+2-t)電平，而諧振電流為正時(shí)，無(wú)法通過(guò)開(kāi)關(guān)器件St的導(dǎo)通來(lái)輸出-Ui(n+2-t)電平，開(kāi)關(guān)器件St和S1L導(dǎo)通，或開(kāi)關(guān)器件St和S1L反并聯(lián)的快速二極管D1L導(dǎo)通。向諧振電路輸出Ui(n+2-t)-Uin電平，因此，對(duì)于諧振電流為正的-t狀態(tài)，必須導(dǎo)通與開(kāi)關(guān)器件St互補(bǔ)的那個(gè)開(kāi)關(guān)器件Sn+4-t，并同時(shí)導(dǎo)通開(kāi)關(guān)器件S1L或與S1L反并聯(lián)的快速二極管D1L，向諧振電路輸出Ui(t-2)-Uin電平，若要效果相同，電平Ui(t-2)與Ui(n+2-t)必須互補(bǔ)，即兩者之和為Uin，對(duì)于每種負(fù)狀態(tài)都可以采用“互補(bǔ)”的導(dǎo)通方式，要求各狀態(tài)輸入的電平具有等差的線性關(guān)系，即Ui2=2Ui1、Ui3=3Ui1、Ui4=4Ui1、…、Uin=nUi1。對(duì)于后側(cè)的單向多電平逆變器，控制負(fù)狀態(tài)，也通過(guò)“互補(bǔ)”的導(dǎo)通方式。

    對(duì)于雙向多電平逆變器，在兩側(cè)對(duì)稱增加開(kāi)關(guān)器件，前側(cè)增加S3H、S4H、S5H、…、S(n+1)H，后側(cè)增加S3L、S4L、S5L、…、S(n+1)L，對(duì)于-t(1≤t≤n-1)狀態(tài)，增加的輸入電平為Ui(n+2-t)，StH和StL輸入的電平都為Ui(n+2-t)，諧振電流為負(fù)時(shí)，開(kāi)關(guān)器件StH和S2L導(dǎo)通，或開(kāi)關(guān)器件StH和S2L反并聯(lián)的快速二極管D2L導(dǎo)通，向諧振電路輸出-Ui(n+2-t)電平，諧振電流為正時(shí)，開(kāi)關(guān)器件StL和S2H導(dǎo)通，或開(kāi)關(guān)器件StL和S2H反并聯(lián)的快速二極管D2H導(dǎo)通，向諧振電路輸出-Ui(n+2-t)電平。對(duì)于雙向的多電平逆變器，各狀態(tài)輸入的電平不要求具有等差的線性關(guān)系。

    對(duì)于正狀態(tài)，單向多電平逆變器仍需采用“互補(bǔ)”的導(dǎo)通方式，各狀態(tài)輸入的電平要求具有等差的線性關(guān)系，對(duì)于t(1≤t≤n-1)狀態(tài)，增加的輸入電平為Ui(n+2-t)，諧振電流為正時(shí)，開(kāi)關(guān)器件St和S2L導(dǎo)通，向諧振電路輸出Ui(n+2-t)電平，諧振電流為負(fù)時(shí)，導(dǎo)通與開(kāi)關(guān)器件St互補(bǔ)的開(kāi)關(guān)器件Sn+4-t，并同時(shí)導(dǎo)通開(kāi)關(guān)器件S1L，向諧振電路輸出Ui(n+2-t)電平；雙向多電平逆變器對(duì)于t(1≤t≤n-1)狀態(tài)，諧振電流為正時(shí)，開(kāi)關(guān)器件StH和S2L導(dǎo)通，向諧振電路輸出Ui(n+2-t)電平，諧振電流為負(fù)時(shí)，導(dǎo)通開(kāi)關(guān)器件StL和S2H，向諧振電路輸出Ui(n+2-t)電平。

    對(duì)于+n狀態(tài)，諧振電流為正，開(kāi)關(guān)器件S1H和S2L導(dǎo)通，諧振電流為負(fù)，開(kāi)關(guān)器件S1L和S2H導(dǎo)通；-n狀態(tài)時(shí)，諧振電流為正，開(kāi)關(guān)器件S1L和S2H導(dǎo)通，如果開(kāi)關(guān)器件反并聯(lián)快速二極管，也可由快速二極管D1L和D2H自行導(dǎo)通，諧振電流為負(fù)，開(kāi)關(guān)器件S1H和S2L導(dǎo)通，或由快速二極管D1H和D2L自行導(dǎo)通。

    基于諧振軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的采用多電平逆變器的DC/DC變換器在諧振電流過(guò)零點(diǎn)時(shí)切換開(kāi)關(guān)器件的通斷，消除了開(kāi)關(guān)損耗，另外，多個(gè)開(kāi)關(guān)器件并聯(lián)在一起作為一個(gè)開(kāi)關(guān)閥，可以達(dá)到均壓和均流的效果，彌補(bǔ)MOSFET或IGBT的容量。

    與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：第一、消除了開(kāi)關(guān)損耗；第二、控制快速、簡(jiǎn)單；第三、開(kāi)關(guān)器件頻率恒定；第四、在諧振電流過(guò)零點(diǎn)時(shí)切換開(kāi)關(guān)器件的狀態(tài)，達(dá)到了很好的均壓和均流效果，便于對(duì)開(kāi)關(guān)器件并聯(lián)增容；第五、所需要的控制器I/O引腳很少，一個(gè)控制器可控制多個(gè)該DC/DC變換器。(未完待續(xù)。)

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