本發(fā)明涉及多態(tài)開關(guān)電路，更具體地說，涉及一種多態(tài)開關(guān)電路的互感器磁平衡方法和裝置。
背景技術(shù)：
：多態(tài)開關(guān)結(jié)構(gòu)通常包括互感器和一組由二極管、開關(guān)管等組成的橋臂。雖然多態(tài)開關(guān)結(jié)構(gòu)中的互感器本身的磁耦合特性能夠?qū)崿F(xiàn)共模電流的均流控制，但是由于系統(tǒng)器件參數(shù)的離散性、電感感量偏差、電壓變化、驅(qū)動延遲、死區(qū)時間等原因，會在多態(tài)開關(guān)結(jié)構(gòu)中的互感器上形成低頻壓差。當(dāng)壓差產(chǎn)生的幅秒數(shù)乘積超出磁芯的允許值時會導(dǎo)致互感器飽和，導(dǎo)致就是實(shí)際互感器的工作最大磁感應(yīng)強(qiáng)度B值要遠(yuǎn)高于理論計算的磁感應(yīng)強(qiáng)度B值，嚴(yán)重時會導(dǎo)致炸機(jī)問題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的多態(tài)開關(guān)結(jié)構(gòu)的互感器的實(shí)際最大磁感應(yīng)強(qiáng)度往往大于理論磁感應(yīng)強(qiáng)度從而導(dǎo)致互感器炸機(jī)的缺陷，提供一種多態(tài)開關(guān)電路的互感器磁平衡方法，其能夠有效地控制互感器的最大磁感應(yīng)強(qiáng)度B值接近理論計算的磁感應(yīng)強(qiáng)度B值，從而獲得磁平衡，進(jìn)而降低成本、提高功率密度及電路可靠性。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種多態(tài)開關(guān)電路的互感器磁平衡方法，包括：S1、采樣互感器差模電流；S2、將所述差模電流與參考信號進(jìn)行比較；S3、基于比較結(jié)果，控制所述多態(tài)開關(guān)電路的橋臂的主開關(guān)管的占空比 以獲得所述互感器的磁平衡。在本發(fā)明所述的多態(tài)開關(guān)電路的互感器磁平衡方法中，所述步驟S1包括：S11、采樣所述多態(tài)開關(guān)電路的多個橋臂的總電流和任意一個橋臂上的橋臂電流；S12、將所述總電流除以所述多個橋臂的橋臂數(shù)量以獲得橋臂平均電流；S13、將所述橋臂電流減去所述橋臂平均電流以獲得所述差模電流。在本發(fā)明所述的多態(tài)開關(guān)電路的互感器磁平衡方法中，所述步驟S1包括：S1a、采樣所述多態(tài)開關(guān)電路的第一橋臂的第一橋臂電流；S1b、采樣所述多態(tài)開關(guān)電路的第二橋臂的第二橋臂電流；S1c、將所述第一橋臂電流和所述第二橋臂電流相減以獲得所述差模電流。在本發(fā)明所述的多態(tài)開關(guān)電路的互感器磁平衡方法中，所述步驟S1包括：S1A、采樣所述互感器的第一電流方向的第一共模磁通和第一差模磁通；S1B、采樣所述互感器的第二電流方向的第二共模磁通和第二差模磁通；S1C、將所述第一共模磁通和所述第二共模磁通相互抵消，并且所述第一差模磁通和第二差模磁通疊加；S1D、基于疊加的差模磁通生成所述差模電流。在本發(fā)明所述的多態(tài)開關(guān)電路的互感器磁平衡方法中，所述步驟S1進(jìn)一步包括：采用低通濾波器過濾所述差模電流在本發(fā)明所述的多態(tài)開關(guān)電路的互感器磁平衡方法中，所述步驟S3包括：S31、處理所述比較結(jié)果以獲得與所述多態(tài)開關(guān)電路的主開關(guān)管的延遲時間成正比的處理數(shù)值；S32、處理所述處理數(shù)值以獲得表示所述處理數(shù)值正負(fù)的處理邏輯量；S33、判斷所述主開關(guān)管的正負(fù)周期從而獲得周期邏輯量；S34、基于所述處理邏輯量和所述周期邏輯量控制各個主開關(guān)管的開啟和關(guān)閉；S35、獲取所述處理數(shù)值的絕對值，并將所述絕對值轉(zhuǎn)換成各個主開關(guān)管的延時量以控制各個主開關(guān)管的延時。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的另一技術(shù)方案是：構(gòu)造一種多態(tài)開關(guān)電路 的互感器磁平衡裝置，包括：采樣模塊，用于采樣互感器差模電流；比較模塊，將所述差模電流與參考信號進(jìn)行比較；磁平衡控制模塊，用于基于比較結(jié)果，控制所述多態(tài)開關(guān)電路的橋臂的主開關(guān)管的占空比以獲得所述互感器的磁平衡。在本發(fā)明所述的多態(tài)開關(guān)電路的互感器磁平衡裝置中，所述磁平衡控制模塊包括：控制器，用于處理所述比較結(jié)果以獲得與所述多態(tài)開關(guān)電路的主開關(guān)管的延遲時間成正比的處理數(shù)值；符號函數(shù)，用于處理所述處理數(shù)值以獲得表示所述處理數(shù)值正負(fù)的處理邏輯量；極性判斷模塊，用于判斷所述主開關(guān)管的正負(fù)周期從而獲得周期邏輯量；真值選通模塊，用于基于所述處理邏輯量和所述周期邏輯量控制各個主開關(guān)管的開啟和關(guān)閉；ABS模塊，用于獲取所述處理數(shù)值的絕對值，并將所述絕對值轉(zhuǎn)換成各個主開關(guān)管的延時量以控制各個主開關(guān)管的延時。在本發(fā)明所述的多態(tài)開關(guān)電路的互感器磁平衡裝置中，所述真值選通模塊包括：真值表，用于基于所述處理邏輯量和所述周期邏輯量判斷各個主開關(guān)模塊的開啟和關(guān)閉；選通開關(guān)，用于基于判斷結(jié)果控制各個主開關(guān)模塊的開啟和關(guān)閉。在本發(fā)明所述的多態(tài)開關(guān)電路的互感器磁平衡裝置中，所述采樣模塊包括：總電流采樣單元，用于采樣所述多態(tài)開關(guān)電路的多個橋臂的總電流；單個橋臂電流采樣單元，用于采樣所述多態(tài)開關(guān)電路的任意一個橋臂上的橋臂電流；平均單元，用于將所述總電流除以所述多個橋臂的橋臂數(shù)量以獲得橋臂平均電流；差模電流單元，用于將所述橋臂電流減去所述橋臂平均電流以獲得所述差模電流。實(shí)施本發(fā)明的多態(tài)開關(guān)電路的互感器磁平衡方法和裝置，通過采樣互感器差模電流，控制所述多態(tài)開關(guān)電路的橋臂的主開關(guān)管的占空比，進(jìn)而可以獲得所述互感器的磁平衡。附圖說明下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：圖1是本發(fā)明的多態(tài)開關(guān)電路的互感器磁平衡方法的第一實(shí)施例的流程圖；圖2是典型的多態(tài)開關(guān)電路的示意圖；圖3是圖2所示的多態(tài)開關(guān)電路的等效電路示意圖；圖4是圖2所示的多態(tài)開關(guān)電路的差模電流等效電路示意圖；圖5A是圖2所示的多態(tài)開關(guān)電路的占空比無重疊時的兩個繞組對應(yīng)的載波、調(diào)制波和占空比示意圖；圖5B是圖2所示的多態(tài)開關(guān)電路的占空比重疊時的兩個繞組對應(yīng)的載波、調(diào)制波和占空比示意圖；圖6是圖2所示的多態(tài)開關(guān)電路的差模電流控制環(huán)路的示意框圖；圖7是圖2所示的多態(tài)開關(guān)電路的差模電流控制的原理示意框圖；圖8示出了本發(fā)明的多態(tài)開關(guān)電路的互感器磁平衡方法的第二實(shí)施例的流程圖；圖9示出了三態(tài)I型五電平開關(guān)電路的互感器磁平衡裝置的示意圖；圖10示出了在加入磁平衡控制前后的互感器的磁場強(qiáng)度B值的對比圖；圖11示出了在加入磁平衡控制前后的互感器的差模電流的對比圖；圖12示出了本發(fā)明的多態(tài)開關(guān)電路的互感器磁平衡方法的第三實(shí)施例的差模電流獲取的電路示意圖；圖13示出了本發(fā)明的多態(tài)開關(guān)電路的互感器磁平衡方法的第四實(shí)施例的差模電流獲取的電路示意圖。具體實(shí)施方式如圖1所示，本發(fā)明的一種多態(tài)開關(guān)電路的互感器磁平衡方法。在步驟S1中，由采樣模塊采樣互感器差模電流。在本發(fā)明中，可以采用各種方法采樣互感器差模電流。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，可以先采樣所述多態(tài)開關(guān)電路的多個橋臂的總電流。然后采樣任意一個橋臂上的橋臂電流。接著，可以將所述總電流除以所述多個橋臂的橋臂數(shù)量以獲得橋臂平均電流。最后將所述橋臂電流減去所述橋臂平均電流以獲得所述差模電流。在本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，可以先采樣所述多態(tài)開關(guān)電路的第一橋臂的第一橋臂電流。接著采樣所述多態(tài)開關(guān)電路的第二橋臂的第二橋臂電流。最后將所述第一橋臂電流和所述第二橋臂電流相減以獲得所述差模電流。在本發(fā)明的再一實(shí)施例中，可以采樣所述互感器的第一電流方向的第一共模磁通和第一差模磁通。然后采樣所述互感器的第二電流方向的第二共模磁通和第二差模磁通。接著將所述第一共模磁通和所述第二共模磁通相互抵消，并且所述第一差模磁通和第二差模磁通疊加。最后基于疊加的差模磁通生成所述差模電流。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，還可以采用其他方法生成該差模電流。在步驟S2中，比較模塊將所述差模電流與參考信號進(jìn)行比較。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置該參考信號。在本發(fā)明中，可以將差模電流和該參考信號做差，然后將該差值作為比較結(jié)果。在步驟S3中，磁平衡控制模塊基于該比較結(jié)果，控制所述多態(tài)開關(guān)電路的橋臂的主開關(guān)管的占空比以獲得所述互感器的磁平衡。在本發(fā)明中，由于差模電流的差值結(jié)果疊加到多態(tài)開關(guān)電路中的主開關(guān)的占空比上，從而產(chǎn)生實(shí)際所需要的占空比，進(jìn)而控制了開關(guān)管的通斷，實(shí)現(xiàn)了互感器的退磁，因而獲得了互感器的磁平衡。圖2是典型的多態(tài)開關(guān)電路的示意圖。下面將結(jié)合圖2-6對本發(fā)明的多態(tài)開關(guān)電路的互感器磁平衡方法的原理進(jìn)行說明。圖2所示的多態(tài)開關(guān)電路為三電平三態(tài)開關(guān)電路，其中S1-S8是開關(guān)管，T是互感器，A、B兩點(diǎn)是互感器和開關(guān)橋臂中點(diǎn)的交點(diǎn)，兩個橋臂對應(yīng)位置的開關(guān)管的驅(qū)動信號相差180°。除 死區(qū)時間外，對于正半周，或者負(fù)半周不同的開關(guān)管導(dǎo)通組合共有三個等效的開關(guān)狀態(tài)：即一個上管和一個內(nèi)管同時導(dǎo)通、兩個上管同時導(dǎo)通、兩個內(nèi)管同時導(dǎo)通，所以稱為三態(tài)開關(guān)。橋臂中點(diǎn)A和B對應(yīng)的電平數(shù)有Vb、Vc、VN兩個值，設(shè)Vb＝Vbus，Vc＝-Vbus，VN＝0。不論是該多態(tài)開關(guān)電路用在整流電路、逆變電路還是DC/DC變換器中，通常都需要有一個儲能的電感，該電感可以是由互感器的漏感產(chǎn)生，也可以由獨(dú)立的電感構(gòu)成。對于三態(tài)開關(guān)電路的結(jié)構(gòu)，三態(tài)互感器的等效結(jié)構(gòu)如圖3所示。A點(diǎn)代表圖2中的橋臂中點(diǎn)A，B點(diǎn)代表圖2中橋臂中點(diǎn)B，V_Cell_1和V_Cell_2是橋臂中點(diǎn)A、B的電壓，L_ms是互感器的每個繞組的自感，L_com是等效的儲能電感，I_Cell_1和I_Cell_2是每個繞組流過的電流，I_com是總電流。由于關(guān)心的是磁平衡的問題，所以可以只關(guān)心其差模信號通路的工作。三態(tài)互感器差模信號的等效通路如圖4所示，V_dif_1和V_dif_2是A點(diǎn)和B點(diǎn)對應(yīng)的差模電壓，I_dif是互感器中的差模電流，差模電流只在兩個繞組間流動，不會流到圖3所示的電感L_com上。當(dāng)有三電平兩個繞組正半周的時候載波、調(diào)制波與不同橋臂中點(diǎn)電壓的關(guān)系如圖5A和5B所示，對應(yīng)的橋臂載波移相180°，相應(yīng)的驅(qū)動信號也移相180°。Carrier1和Carrier2分別為Cell_1及Cell_2的調(diào)制載波，設(shè)Cell_1對應(yīng)的上管占空比為D1，對應(yīng)Cell_2的上管占空比為D2，Vbus是圖2b點(diǎn)的電壓。D1和D2有三種關(guān)系，即D1<0.5、D2<0.5,D1＝D2＝0.5、D1>0.5、D2>0.5。D1＝D2＝0.5是另外兩種關(guān)系的臨界狀態(tài)。圖5A對應(yīng)D1/D2<0.5占空比無交疊的情況，圖5B對應(yīng)D1/D2>0.5占空比有交疊的情況。由于差模電流對應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B值正比于差模電流大小，所以控制平均差模電流為0就可以控制差模電流對應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B值為0。設(shè)L為差模通路里的總電感，Ts為開關(guān)周期，Vbus為半邊母線電壓，以Cell_1流出為正方向，對于占空比無重疊和有重疊兩種情況，列出在一個開關(guān)周期內(nèi)各個暫態(tài)的方程，分別為方程組(1)及方程組(2)。對方程組(1)和方程組(2)兩種無重疊和有重疊的兩種情況，可以分別應(yīng)用狀態(tài)空間平均法，兩者都可以得到方程(3)，由方程(3)可以反推出方程(4)。由方程(4)可知，通過控制同一個開關(guān)周期內(nèi)兩個橋臂主管占空比的差可以控制差模環(huán)流的正負(fù)及大小。為控制平均差模電流為0，需要通過反饋控制來實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)的控制框圖示意如圖6所示，差模電流的參考信號IDif_ref與采樣的反饋信號IDif_sam進(jìn)行比較，然后通過控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)產(chǎn)生占空比的偏差ΔD，ΔD作用于被控對象后反應(yīng)差模信號的大小。以圖2的多態(tài)開關(guān)電路為例，設(shè)D1為Cell_1的正負(fù)半周上管占空比，D2為Cell_2的正負(fù)半周上管占空比，D為主控制器輸出的上管占空比，差模電流給定是0。用于整流或者逆變電路中需要判斷差模電流的方向，以圖3所示的電流參考方向為例，假設(shè)用在逆變電路中，當(dāng)輸出電壓處于正半周時差 模環(huán)流控制器輸出乘以1，當(dāng)輸出電壓處于負(fù)半周時差模環(huán)流控制器輸出乘以-1，其正負(fù)半周判斷可以由逆變器輸出電壓波形極性判斷得到。當(dāng)用于直流-直流變換器中，相當(dāng)于整流或者逆變的在正半周期或者負(fù)半周期的某一個特殊情況，具體的判斷方法與整流或者逆變是相似的，此處不贅述。總的原則是差模電流需要通過繞組兩端的勵磁電壓來退磁，使產(chǎn)生差模電流的磁感應(yīng)強(qiáng)度變?yōu)榱?。退磁的方向由不同拓?fù)渲虚_關(guān)管的通斷來決定。差模電流控制的結(jié)果疊加在主控制器產(chǎn)生的主占空比上，產(chǎn)生實(shí)際需要的占空比?？刂瓶驁D如圖7所示。通過以上分析可知，通過采樣互感器差模電流，控制所述多態(tài)開關(guān)電路的橋臂的主開關(guān)管的占空比，進(jìn)而可以獲得所述互感器的磁平衡。因此，實(shí)施本發(fā)明的多態(tài)開關(guān)電路的互感器磁平衡方法，通過采樣互感器差模電流，控制所述多態(tài)開關(guān)電路的橋臂的主開關(guān)管的占空比，進(jìn)而可以獲得所述互感器的磁平衡。在本發(fā)明中，共模電感L_com可以是獨(dú)立的電感，也可以是互感器的等效漏感，電感Lin既可以是獨(dú)立的電感，也可以是電感Lc的等效漏感。本發(fā)明的方法可以用于任何的多態(tài)開關(guān)電路，例如單相和三相的三態(tài)直流-直流變換器、三態(tài)整流變換器、三態(tài)逆變變換器。本發(fā)明不受具體的多態(tài)開關(guān)電路的實(shí)現(xiàn)方式的限制。圖8示出了本發(fā)明的多態(tài)開關(guān)電路的互感器磁平衡方法的第二實(shí)施例的流程圖。圖9示出了三態(tài)I型五電平開關(guān)電路的互感器磁平衡裝置的示意圖。下面結(jié)合圖9對本發(fā)明的互感器磁平衡方法說明如下。圖9所示的三態(tài)I型五電平開關(guān)電路可以工作在整流模式下也可以工作在逆變模式下。該三態(tài)I型五電平開關(guān)電路包含一個兩繞組的互感器，為了避免互感器的磁芯飽和，需要增加互感器磁平衡裝置。在本實(shí)施例中，在步驟S1中，采用總電流采樣單元采樣所述多態(tài)開關(guān)電路的多個橋臂的總電流，采用單個橋臂電流采樣單元采樣所述多態(tài)開關(guān)電路的任意一個橋臂上的橋臂電流。在步驟S2中，采用平均單元將所述總電流除以所述多個橋臂的橋臂數(shù)量以獲得橋臂平均電流。在步驟S3中采用差模電流單 元將所述橋臂電流減去所述橋臂平均電流以獲得所述差模電流IDif。在本實(shí)施例中，差模電流IDif含有高頻分量，因此在步驟S4中，通過低通濾波器LPF過濾所述差模電流IDif。在步驟S5中，比較器將所述差模電流IDif和差模電壓參考信號做比較，然后將差值送入控制器。在步驟S6中，控制器處理所述比較結(jié)果，然后獲得與所述多態(tài)開關(guān)電路的主開關(guān)管的延遲時間成正比的處理數(shù)值，此數(shù)值有正有負(fù)。在步驟S7中，控制器的輸出經(jīng)過符號函數(shù)得到所述處理數(shù)值正負(fù)的處理邏輯量(1表示正，0表示負(fù))。在步驟S8中，極性判斷模塊輸出表示工頻正負(fù)半周信號的周期邏輯量(1表示正，0表示負(fù))。在步驟S9中，根據(jù)真值表(如表1所示)基于所述處理邏輯量和所述周期邏輯量判斷各個主開關(guān)模塊的開啟和關(guān)閉，并且由選通開關(guān)，用于判斷結(jié)果控制各個主開關(guān)模塊的開啟和關(guān)閉。在步驟S10中，ABS模塊從控制器獲取所述處理數(shù)值的絕對值，并將所述絕對值轉(zhuǎn)換成各個主開關(guān)管的延時量以控制各個主開關(guān)管的延時。圖8中虛線框所示的部分是本發(fā)明的互感器磁平衡裝置。表1正負(fù)半周(1/0)控制器C輸出正負(fù)(1/0)S1S5S4S8000001010010100100111000對圖8所示的電路進(jìn)行仿真，參見圖10-11比較沒加磁平衡控制時的磁感應(yīng)強(qiáng)度B和加了磁平衡控制的磁芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度B()，除磁平衡電路外，其他的電路參數(shù)相同的情況下，由于實(shí)際系統(tǒng)的參數(shù)差異導(dǎo)致差模電流的周期平均值在-5A左右變化，加入磁平衡閉環(huán)控制后由于占空比的補(bǔ)償，差模電流的周期平均值在0附近波動，幅值小于0.1A。從磁芯的磁場強(qiáng)度來看，沒加磁平衡控制的互感器繞組的B值最大為-5.3T，加了磁平衡控制后互感器繞組的幅秒數(shù)為0.1T以內(nèi)。磁平衡控制器可以減小差模電流的絕對值，因此可以大大減小互感器的尺寸。可見，磁平衡的控制對于抑制磁芯飽和，減小互感器尺寸有非常有效。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，可以采用不同的方法獲取差模電流。圖12-13分別示出了不同的差模電流獲取方法的示意圖。如圖12所示，首先采樣所述 多態(tài)開關(guān)電路的第一橋臂的第一橋臂電流。然后采樣所述多態(tài)開關(guān)電路的第二橋臂的第二橋臂電流。最后將所述第一橋臂電流和所述第二橋臂電流相減以獲得所述差模電流。如圖13所示，首先采樣所述互感器的第一電流方向的第一共模磁通和第一差模磁通。接著采樣所述互感器的第二電流方向的第二共模磁通和第二差模磁通。然后將所述第一共模磁通和所述第二共模磁通相互抵消，并且所述第一差模磁通和第二差模磁通疊加。最后基于疊加的差模磁通生成所述差模電流。而采用圖13所示實(shí)施例的方法，使繞組1與繞組2的共模磁通抵消，差模磁通疊加，從而使采樣信號轉(zhuǎn)換為單獨(dú)的小信號，這樣有利于實(shí)際采樣精度的提高。圖12-13所示實(shí)施例的具體磁平衡控制方法和裝置的步驟、結(jié)構(gòu)和原理可以參見對圖1-8所示實(shí)施例的描述?；诒景l(fā)明的教導(dǎo)，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠構(gòu)造本發(fā)明所述的多態(tài)開關(guān)電路的互感器磁平衡方法和裝置。實(shí)施本發(fā)明的多態(tài)開關(guān)電路的互感器磁平衡方法和裝置，通過采樣互感器差模電流，控制所述多態(tài)開關(guān)電路的橋臂的主開關(guān)管的占空比，進(jìn)而可以獲得所述互感器的磁平衡。通過本發(fā)明的互感器磁平衡方法和裝置，能夠避免互感器的磁芯偏磁，避免磁芯的飽和，大大減小磁芯的尺寸，提高系統(tǒng)可靠性，降低成本。雖然本發(fā)明是通過具體實(shí)施例進(jìn)行說明的，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行各種變換及等同替代。因此，本發(fā)明不局限于所公開的具體實(shí)施例，而應(yīng)當(dāng)包括落入本發(fā)明權(quán)利要求范圍內(nèi)的全部實(shí)施方式。當(dāng)前第1頁1 2 3