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专利号: 2024102795079
申请人: 杭州恒特能芯电子科技有限责任公司
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-07
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种制氢变换器,其特征在于,包括八个功率开关管:第一开关管S11a、第二开关管S11b、第三开关管S12a、第四开关管S12b、第五开关管S21a、第六开关管S21b、第七开关管S22a、第八开关管S22b,五个电容:第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容CO1、第五电容CO2,两个电感:第一电感L1、第二电感L2,两个电阻:第一电阻r1、第二电阻r2;

所述第一电容C1、所述第二电容C2和所述第三电容C3均是分压电容,所述第一电感L1和所述第二电感L2均是储能电感,所述第四电容CO1和所述第五电容CO2均是滤波电容;所述第一开关管S11a的开关状态与所述第二开关管S11b相反,所述第三开关管S12a的开关状态与所述第四开关管S12b相反,所述第五开关管S21a的开关状态与所述第六开关管S21b相反,所述第七开关管S22a的开关状态与所述第八开关管S22b相反;

所述第二开关管S11b的集电极连接输入电压源的正极和所述第一电容C1的正极,所述第二开关管S11b的发射极连接所述第一电感L1的正极和所述第一开关管S11a的集电极;

所述第一电感L1的负极连接所述第一电阻r1的正极;

所述第二电容C2的正极连接所述第一电容C1的负极、所述第一开关管S11a的发射极、所述第三开关管S12a的集电极和所述第六开关管S21b的集电极,所述第二电容C2的负极连接所述第四开关管S12b的发射极、所述第三电容C3的正极、所述第五开关管S21a的发射极和所述第七开关管S22a的集电极;

所述第四电容CO1的正极连接所述第一电阻r1的负极和电解槽正极,所述第四电容CO1的负极连接电解槽负极、所述第三开关管S12a的发射极和所述第四开关管S12b的集电极;

所述第二电感L2的正极连接所述第六开关管S21b的发射极和所述第五开关管S21a的集电极,所述第二电感L2的负极连接所述第二电阻r2的正极;

所述第五电容CO2的正极连接所述第二电阻r2的负极和电解槽正极,所述第五电容CO2的负极连接电解槽负极、所述第七开关管S22a的发射极和所述第八开关管S22b的集电极;

所述第八开关管S22b的发射极连接所述第三电容C3的负极和输入电压源的负极。

2.根据权利要求1所述的一种制氢变换器,其特征在于,所述制氢变换器的状态微分方程为:式中,iL1、iL2为第一电感L1、第二电感L2的对应电流,vC1、vC2、vC3为第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3的对应电压,vO1、vO2为第四电容CO1、第五电容CO2的对应电压,u11、u12、u21、u22为第一开关管S11a、第三开关管S12a、第五开关管S21a、第七开关管S22a的开关状态,导通为1,关断为0,ie为电解槽工作电流。

3.根据权利要求1所述的一种制氢变换器,其特征在于,所述制氢变换器中第一开关管S11a、第二开关管S11b、第三开关管S12a、第四开关管S12b、第一电感L1、第一电阻r1、第一电容C1、第二电容C2和第四电容CO1构成第一个三电平降压变换器模块;所述第五开关管S21a、第六开关管S21b、第七开关管S22a、第八开关管S22b、第二电感L2、第二电阻r2、第三电容C3和第五电容CO2构成第二个三电平降压变换器模块;所述制氢变换器作为模块化变换器能够按实际需要增加三电平降压变换器模块数量,提高功率等级。

4.一种如权利要求1‑3任一项所述的制氢变换器的控制方法,其特征在于,所述制氢变换器使用具有容错功能的容错滑模控制器进行控制,所述容错滑模控制器的设计过程如下:为实现电解槽工作电流动态调节及电容电压平衡功能,选用iL1、iL2、vC1、vC2、vC3作为滑模控制器的输入量建立滑模面;

假设制氢变换器的状态方程为:

T

式中,x(k)=[iL1‑iL1ref,iL2‑iL2ref,vC1‑vC1ref,vC2‑vC2ref],u(k)为输入电压,y(k)为容错滑模控制器输出信号,Fs为容错系数,f(k)为传感器故障所保留的动态特性,表示为:f(k+1)=f(k)+Teus(k)

式中,Te为采样周期,us(k)传感器故障时的误差输入信号;

通过x(k)及f(k)建立一个新的向量xb(k):

T

xb(k)=[x(k)f(k)]

根据xb(k)建立一个一阶滑模观测器:

式中, L和M为观测器增益和不连续项;

根据一阶滑模观测器,建立一个滑模面为:

式中,G为滑动面的系数,yd(k)为容错滑模控制器输出的参考值;

根据滑动面得到控制律为:

‑1

Uef(k)=(GHB) (‑GFsf(k)‑GFsTeus(k)‑βGFsf(k)‑GHAx(k)+Gyd(k+1)‑βs(k))式中,β为收敛系数,范围为0‑1。