利索能及
我要发布
收藏
专利号: 2021106270536
申请人: 江南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-03-02
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种飞跨电容型三电平直流降压变换器的控制方法,其特征在于,所述控制方法包括:搭建所述飞跨电容型三电平直流降压变换器的拓扑电路,所述拓扑电路包括第一开关管、第二开关管、飞跨电容和电感;

给定所述拓扑电路的电感电流目标值、飞跨电容电压目标值,且所述飞跨电容电压目标值为拓扑电路输入电压值的一半;

分别设定第一占空比和第二占空比的取值范围以及步长,所述第一占空比和第二占空比的表达式为:其中,dA为所述第一占空比,dB为所述第二占空比,d1为所述第一开关管在工作周期内的导通占空比,d2为所述第二开关管在工作周期内的导通占空比;所述第一占空比和第二占空比的步长不能超过对应的取值范围的最大值;

分别建立电感电流预测值和飞跨电容电压预测值的离散时间模型;

所述电感电流预测值的离散时间模型的表达式为:

其中, 表示第k+1个工作周期的电感电流预测值,表示第k个工作周期采集的电感电流值,Ts表示工作周期, 表示第k个工作周期给定的输入电压值, 表示第k个工作周期采集的输出电压值, 表示按照第一占空比步长划分的第i个第一占空比,L表示电感值;

所述飞跨电容电压预测值的离散时间模型的表达式为:

其中, 表示第k+1个工作周期的飞跨电容电压预测值, 表示第k个工作周期采集的飞跨电容电压值,Cfly表示飞跨电容值,Ts表示工作周期, 表示按照第二占空比步长划分的第j个第二占空比,表示第k个工作周期采集的电感电流值;

将一个工作周期采样到的数据和按照步长划分的各个第一占空比代入电感电流预测值的离散时间模型计算得到相应的电感电流预测值,直至满足预设循环条件时停止计算;

将一个工作周期采样到的数据和按照步长划分的各个第二占空比代入飞跨电容电压预测值的离散时间模型计算得到相应的飞跨电容电压预测值,直至满足预设循环条件时停止计算;

建立第一成本函数,表达式为: 其中, 表示第k+1个工作周期的电

感成本值, 表示第k+1个工作周期的电感电流目标值, 表示第k+1个工作周期的电感电流预测值;

若满足所述预设循环条件,则将计算得到的各个电感电流预测值分别代入所述第一成本函数与电感电流目标值作比较,得到相应的电感成本值;选取使电感成本值最小的第一占空比作为最优第一占空比;

建立第二成本函数,表达式为: 其中, 表示第k+1个工作周期的

飞跨电容成本值, 表示第k+1个工作周期的飞跨电容电压目标值, 表示第k+1个工作周期的飞跨电容电压预测值;

若满足所述预设循环条件,则将计算得到的各个飞跨电容电压预测值分别代入所述第二成本函数,得到相应的飞跨电容成本值;

选取使飞跨电容成本值最小的第二占空比作为最优第二占空比;

联立所述最优第一占空比和最优第二占空比的表达式,计算得到所述第一开关管和第二开关管在工作周期内的导通占空比;

将两个所述导通占空比经PWM调制之后得到脉冲信号,用于控制所述第一开关管和第二开关管在工作周期内的通断。

2.根据权利要求1所述的控制方法,其特征在于,将一个工作周期采样到的数据和按照步长划分的各个第一占空比代入电感电流预测值的离散时间模型计算得到相应的电感电流预测值,直至满足预设循环条件时停止计算,包括:将第k个工作周期采集到的输入电压值、输出电压值、电感电流值和按照第一占空比步长划分的第i个第一占空比代入所述电感电流预测值的离散时间模型,计算拓扑电路第k+1个工作周期的电感电流预测值;

若不满足所述预设循环条件,则令i+1,重复执行所述将第k个工作周期采集到的输入电压值、输出电压值、电感电流值和按照第一占空比步长划分的第i个第一占空比代入所述电感电流预测值的离散时间模型。

3.根据权利要求1所述的控制方法,其特征在于,所述将一个工作周期采样到的数据和按照步长划分的各个第二占空比代入飞跨电容电压预测值的离散时间模型计算得到相应的飞跨电容电压预测值,直至满足预设循环条件时停止计算,包括:将第k个工作周期采集到的电感电流值、飞跨电容电压值和按照第二占空比步长划分的第j个第二占空比代入所述飞跨电容电压预测值的离散时间模型,计算拓扑电路第k+1个工作周期的飞跨电容电压预测值;

若不满足所述预设循环条件,则令j+1,重复执行所述将第k个工作周期采集到的电感电流值、飞跨电容电压值和按照第二占空比步长划分的第j个第二占空比代入所述飞跨电容电压预测值的离散时间模型。

4.根据权利要求1所述的控制方法,其特征在于,最终计算得到的所述第一开关管在工作周期内的导通占空比为d′A+d′B,所述第二开关管在工作周期内的导通占空比为d′A‑d′B,其中d′A表示最优第一占空比,d′B表示最优第二占空比。

5.根据权利要求1所述的控制方法,其特征在于,调制两个开关管的导通占空比时采用的两个PWM调制载波的相位间隔180°,两个开关管的开关频率等于PWM调制载波频率。

6.根据权利要求1‑5任一所述的控制方法,其特征在于,所述拓扑电路还包括第一二极管、第二二极管、滤波电容、输入电源和电阻负载;

所述第一开关管的输入端连接所述输入电源的正极,所述第一开关管的输出端连接所述第二开关管的输入端,所述第二开关管的输出端分别连接所述第一二极管的阴极和电感的第一端,所述第一二极管的阳极连接所述第二二极管的阴极,所述第一开关管和第二开关管的控制端分别输入脉冲信号,所述飞跨电容的正极接在所述第一开关管和第二开关管之间,所述飞跨电容的负极接在所述第一二极管和第二二极管之间,所述电感的第二端分别连接所述滤波电容的正极和电阻负载的第一端,所述电阻负载的第二端连接所述滤波电容的负极,所述滤波电容的负极、第二二极管的阳极均连接所述输入电源的负极;

所述第一开关管与第二二极管互补导通,所述第二开关管与第一二极管互补导通,所述第一开关管与第二开关管在一个工作周期中交错导通。