1.一种三电平双向升降压AC/DC变换器,其特征在于,其包括交流电源、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和直流电源,所述交流电源的L端分别与第一低频开关管的发射极、第一高频开关管的漏极和第一电压传感器的输入端连接,所述交流电源的N端分别与第二低频开关管的发射极、第二高频开关管的漏极和第一电压传感器的输出端连接;所述第一高频开关管的源极分别与第一电流传感器的输入端和第三高频开关管的漏极连接,所述第二高频开关管的源极分别与第二电流传感器的输入端和第四高频开关管的漏极连接;所述第一电流传感器的输出端和第一电感的输出端连接,所述第二电流传感器的输出端和第二电感的输出端连接;
所述第一电容的输入端分别与第一低频开关管的集电极、第二低频开关管的集电极和第二电压传感器的输入端连接,所述第一电容的输出端分别与所述第二电容的输入端、第三电容的输出端、第四电容的输入端、第二电压传感器的输出端和第三电压传感器的输入端连接;所述第二电容的输出端分别与第五高频开关管的源极、第六高频开关管的源极和第三电压传感器的输出端连接;所述第五高频开关管的漏极分别与所述第二电感的输入端和第八高频开关管的源极连接,第六高频开关管的漏极分别与所述第一电感的输入端和第七高频开关管的源极连接;
所述直流电源的正极与第三电流传感器的输出端连接,所述直流电源的负极分别与所述第三高频开关管的源极、第四高频开关管的源极和第四电容的输出端连接;所述第三电流传感器的输入端分别与第七高频开关管的漏极、第八高频开关管的漏极和第三电容的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的三电平双向升降压AC/DC变换器,其特征在于,所述第一电容与所述第二电容的电容值相同,所述第三电容与所述第四电容的电容值相同,所述第一电感与所述第二电感的电感值相等。
3.根据权利要求1所述的三电平双向升降压AC/DC变换器,其特征在于,所述第一低频开关管、第二低频开关管、第一高频开关管、第二高频开关管、第三高频开关管、第四高频开关管、第五高频开关管、第六高频开关管、第七高频开关管和第八高频开关管均为全控型器件。
4.根据权利要求1所述的三电平双向升降压AC/DC变换器,其特征在于,所述第一低频开关管的栅极输入第一低频开关管驱动信号,所述第二低频开关管的栅极输入第二低频开关管驱动信号;在所述交流电源的正半周期,所述第一低频开关管驱动信号为高电平,所述第二低频开关管驱动信号为低电平;在所述交流电源的负半周期,所述第一低频开关管驱动信号为低电平,所述第二低频开关管驱动信号为高电平。
5.根据权利要求4所述的三电平双向升降压AC/DC变换器,其特征在于,所述第一高频开关管的栅极输入第一高频开关管驱动信号,所述第二高频开关管的栅极输入第二高频开关管驱动信号,所述第三高频开关管的栅极输入第三高频开关管驱动信号,所述第四高频开关管的栅极输入第四高频开关管驱动信号,所述第五高频开关管的栅极输入第五高频开关管驱动信号,所述第六高频开关管的栅极输入第六高频开关管驱动信号,所述第七高频开关管的栅极输入第七高频开关管驱动信号,所述第八高频开关管的栅极输入第八高频开关管驱动信号。
6.一种根据权利要求5所述的三电平双向升降压AC/DC变换器的控制方法,其特征在于,当所述三电平双向升降压AC/DC变换器工作在整流模式,即能量从所述交流电源向所述直流电源传输时,在所述交流电源的正半周期,PWM调制依次执行第一工作模式、第二工作模式、第三工作模式和第四工作模式;在所述交流电源的负半周期,所述PWM调制依次执行第五工作模式、第六工作模式、第七工作模式和第八工作模式;所述第一工作模式包括所述第一高频开关管驱动信号、第二高频开关管驱动信号、第五高频开关管驱动信号和第六高频开关管驱动信号为高电平,所述第三高频开关管驱动信号、第四高频开关管驱动信号、第七高频开关管驱动信号和第八高频开关管驱动信号为低电平;所述第二工作模式包括所述第一高频开关管驱动信号、第二高频开关管驱动信号和第五高频开关管驱动信号为高电平,所述第三高频开关管驱动信号、第四高频开关管驱动信号、第六高频开关管驱动信号、第七高频开关管驱动信号和第八高频开关管驱动信号为低电平;所述第三工作模式包括所述第二高频开关管驱动信号、第五高频开关管驱动信号和第六高频开关管驱动信号为高电平,所述第一高频开关管驱动信号、第三高频开关管驱动信号、第四高频开关管驱动信号、第七高频开关管驱动信号和第八高频开关管驱动信号为低电平;所述第四工作模式包括所述第二高频开关管驱动信号和第五高频开关管驱动信号为高电平,所述第一高频开关管驱动信号、第三高频开关管驱动信号、第四高频开关管驱动信号、第六高频开关管驱动信号、第七高频开关管驱动信号和第八高频开关管驱动信号为低电平;所述第五工作模式包括所述第一高频开关管驱动信号、第二高频开关管驱动信号、第五高频开关管驱动信号、第六高频开关管驱动信号为高电平,所述第三高频开关管驱动信号、第四高频开关管驱动信号、第七高频开关管驱动信号和第八高频开关管驱动信号为低电平;所述第六工作模式包括所述第一高频开关管驱动信号、第二高频开关管驱动信号、第六高频开关管驱动信号为高电平,所述第三高频开关管驱动信号、第四高频开关管驱动信号、第五高频开关管驱动信号、第七高频开关管驱动信号和第八高频开关管驱动信号为低电平;所述第七工作模式包括所述第一高频开关管驱动信号、第五高频开关管驱动信号、第六高频开关管驱动信号为高电平,所述第二高频开关管驱动信号、第三高频开关管驱动信号、第四高频开关管驱动信号、第七高频开关管驱动信号和第八高频开关管驱动信号为低电平;所述第八工作模式包括所述第一高频开关管驱动信号和第六高频开关管驱动信号为高电平,所述第二高频开关管驱动信号、第三高频开关管驱动信号、第四高频开关管驱动信号、第五高频开关管驱动信号、第七高频开关管驱动信号和第八高频开关管驱动信号为低电平;
当所述三电平双向升降压AC/DC变换器工作在逆变模式,即能量从所述直流电源向所述交流电源传输时,在所述交流电源的正半周期,所述PWM调制依次执行第九工作模式、第十工作模式、第十一工作模式和第十二工作模式;在所述交流电源的负半周期,所述PWM调制依次执行第十三工作模式、第十四工作模式、第十五工作模式和第十六工作模式;所述第九工作模式包括所述第二高频开关管驱动信号、第三高频开关管驱动信号、第五高频开关管驱动信号和第七高频开关管驱动信号为高电平,所述第一高频开关管驱动信号、第四高频开关管驱动信号、第六高频开关管驱动信号和第八高频开关管驱动信号为低电平;所述第十工作模式包括所述第二高频开关管驱动信号、第五高频开关管驱动信号和第七高频开关管驱动信号为高电平,所述第一高频开关管驱动信号、第三高频开关管驱动信号、第四高频开关管驱动信号、第六高频开关管驱动信号和第八高频开关管驱动信号为低电平;所述第十一工作模式包括所述第二高频开关管驱动信号、第三高频开关管驱动信号和第五高频开关管驱动信号为高电平,所述第一高频开关管驱动信号、第四高频开关管驱动信号、第六高频开关管驱动信号、第七高频开关管驱动信号和第八高频开关管驱动信号为低电平;所述第十二工作模式包括所述第二高频开关管驱动信号和第五高频开关管驱动信号为高电平,所述第一高频开关管驱动信号、第三高频开关管驱动信号、第四高频开关管驱动信号、第六高频开关管驱动信号、第七高频开关管驱动信号和第八高频开关管驱动信号为低电平;所述第十三工作模式包括所述第一高频开关管驱动信号、第四高频开关管驱动信号、第六高频开关管驱动信号和第八高频开关管驱动信号为高电平,所述第二高频开关管驱动信号、第三高频开关管驱动信号、第五高频开关管驱动信号和第七高频开关管驱动信号为低电平;所述第十四工作模式包括所述第一高频开关管驱动信号、第六高频开关管驱动信号和第八高频开关管驱动信号为高电平,所述第二高频开关管驱动信号、第三高频开关管驱动信号、第四高频开关管驱动信号、第五高频开关管驱动信号和第七高频开关管驱动信号为低电平;所述第十五工作模式包括所述第一高频开关管驱动信号、第四高频开关管驱动信号和第六高频开关管驱动信号为高电平,所述第二高频开关管驱动信号、第三高频开关管驱动信号、第五高频开关管驱动信号、第七高频开关管驱动信号和第八高频开关管驱动信号为低电平;所述第十六工作模式包括所述第一高频开关管驱动信号和第六高频开关管驱动信号为高电平,所述第二高频开关管驱动信号、第三高频开关管驱动信号、第四高频开关管驱动信号、第五高频开关管驱动信号、第七高频开关管驱动信号和第八高频开关管驱动信号为低电平。
7.根据权利要求6所述的三电平双向升降压AC/DC变换器的控制方法,其特征在于,在所述第一工作模式、第二工作模式、第三工作模式、第四工作模式、第五工作模式、第六工作模式、第七工作模式和第八工作模式下,所述PWM调制具体包括以下步骤:S11、双闭环控制获取整流模式网侧电流参考值;
S111、给定所述直流电源的电源电流参考值与所述第三电流传感器的数值相减,并将得到的数值经第一比例积分控制器得到电流参考值;
S112、将所述第一电压传感器采集到的与交流电源同频同相的单位正弦信号与电流参考值相乘,得到网侧电流参考值;
S12、有源阻尼环节,获取第一占空比;
S121、网侧电流参考值与网侧电流相减,经第二比例积分控制器得到第一电压参考值,其中在所述第一工作模式、第二工作模式、第三工作模式和第四工作模式下,网侧电流为所述第二电流传感器的数值;在所述第五工作模式、第六工作模式、第七工作模式和第八工作模式下,网侧电流为所述第一电流传感器的数值;
S122、将所述第二电压传感器的数据与所述第三电压传感器的数据之和,与所述第一电压传感器的数据相减,得到第一电压比较结果;将所述第二电压传感器的数据与所述第三电压传感器的数据相减,得到第二电压比较结果;
S123、将第一电压参考值与第一电压比较结果相减,得到第一占空比;
S13、平衡输入电容电压,获取第一驱动信号和第二驱动信号;
S131、将第一占空比与第二电压比较结果相减,得到第二占空比;将第一占空比与第二电压比较结果相加,得到第三占空比;
S132、比较第二占空比与第一锯齿波,当第二占空比大于或等于第一锯齿波时,第一驱动信号为高电平;当第二占空比小于第一锯齿波时,第一驱动信号为低电平;
S133、比较第三占空比与第二锯齿波,当第三占空比大于或等于第二锯齿波时,第二驱动信号为高电平,当第三占空比小于第二锯齿波时,第二驱动信号为低电平;
S14、将第一驱动信号、第二驱动信号分别接通到相应位置;
S141、所述交流电源电压为正时,第一驱动信号连接所述第一高频开关管的栅极,第二驱动信号连接所述第六高频开关管的栅极;此时所述第一低频开关管、第二高频开关管和第五高频开关管导通,所述第二低频开关管关断;
S142、所述交流电源电压为负时,第一驱动信号连接所述第二高频开关管的栅极,第二驱动信连接所述第五高频开关管的栅极;此时所述第一低频开关管关断,所述第二低频开关管、第一高频开关管和第六高频开关管导通;
S15、检测交流电压,重复S11~S14操作,实现能量从交流侧到直流侧的传递。
8.根据权利要求6所述的三电平双向升降压AC/DC变换器的控制方法,其特征在于,在所述第九工作模式、第十工作模式、第十一工作模式、第十二工作模式、第十三工作模式、第十四工作模式、第十五工作模式和第十六工作模式下,所述PWM调制具体包括以下步骤:S21、双闭环获取逆变模式升降压电感电流参考值:将给定网侧电流参考值与网侧单位正弦信号的乘积,与网侧电流相减,经第一比例谐振控制器后,与网侧单位正弦信号相乘得到升降压电感电流参考值;
S22、平衡输出电容电压,获取第四占空比和第五占空比;
S221、将升降压电感电流参考值与升降压电感电流相减,得到第二电压参考值,其中在所述第九工作模式、第十工作模式、第十一工作模式和第十二工作模式下,升降压电感电流为所述第一电流传感器的数值;在所述第十三工作模式、第十四工作模式、第十五工作模式和第十六工作模式下,升降压电感电流为所述第二电流传感器的数值;
S222、将所述第二电压传感器的数据与所述第三电压传感器的数据相减,得到第二电压比较结果;将第二电压参考值与第二电压比较结果相加得到第四占空比,第二电压参考值与第二电压比较结果相减得到第五占空比;
S23、获取第三驱动信号和第四驱动信号:S231、比较第四占空比与第一锯齿波,当第四占空比大于或等于第一锯齿波时,第三驱动信号为高电平;当第四占空比小于第一锯齿波时,第三驱动信号为低电平;
S231、比较第五占空比与第二锯齿波,当第五占空比大于或等于第二锯齿波时,第四驱动信号为高电平;当第五占空比小于第二锯齿波时,第四驱动信号为低电平;
S24、将第三驱动信号、第四驱动信号分别接通到相应位置;
S241、所述交流电源的电压为正时,第三驱动信号连接所述第三高频开关管的栅极,第四驱动信号连接所述第七高频开关管的栅极;此时所述第一低频开关管、第二高频开关管和第五高频开关管导通,所述第二低频开关管关断;
S242、所述交流电源的电压为负时,第三驱动信号连接所述第四高频开关管的栅极,第四驱动信号连接所述第八高频开关管的栅极;此时所述第一低频开关管关断,所述第二低频开关管、第一高频开关管和第六高频开关管导通;
S25、检测交流电压,重复S21~S24操作,实现能量从直流侧到交流侧的传递。