本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于實(shí)現(xiàn)半橋三電平直流變換器的中點(diǎn)平衡電路及相應(yīng)的數(shù)字控制方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，半橋三電平直流變換器廣泛應(yīng)用于高壓直流輸電、機(jī)車(chē)牽引等領(lǐng)域，突破了現(xiàn)有IGBT等功率器件在電壓等級(jí)上的限制，是當(dāng)前電力電子直流變換領(lǐng)域所面臨的熱點(diǎn)研究課題之一。

半橋三電平直流變換器用兩個(gè)開(kāi)關(guān)管串聯(lián)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)半橋變換器中的一個(gè)開(kāi)關(guān)管，其中的飛跨電容起到解耦超前臂和滯后臂軟開(kāi)關(guān)過(guò)程和均壓開(kāi)關(guān)管的作用，而鉗位二極管除了幫助均壓開(kāi)關(guān)管之外，還有加速飛跨電容充電過(guò)程的作用。但這種三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也帶來(lái)了相應(yīng)的問(wèn)題，由于在實(shí)際平臺(tái)中的驅(qū)動(dòng)電路和開(kāi)關(guān)管特性的差異，會(huì)造成正負(fù)半周期有效占空比不相等，那么在正負(fù)半周期內(nèi)，原邊向副邊負(fù)載傳輸?shù)哪芰坎坏?，使得上、下分壓電容電壓不等于V_in/2，雖然原邊在正、負(fù)半周期內(nèi)向副邊傳輸?shù)哪芰肯嗤?，但是這種中點(diǎn)不平衡現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致原邊開(kāi)關(guān)管和副邊整流二極管的電壓應(yīng)力不等、變壓器偏磁等現(xiàn)象，影響電路的正常工作，存在一定的安全隱患。因此有必要尋找一種控制策略來(lái)消除上、下分壓電容電壓差，以實(shí)現(xiàn)分壓電容的均壓，保證電路的正常工作。

國(guó)內(nèi)外對(duì)三電平直流變換器中如何實(shí)現(xiàn)分壓電容均壓，如何實(shí)現(xiàn)中點(diǎn)平衡做了以下相關(guān)研究：

文獻(xiàn)“阮新波，危健，薛雅麗等.非隔離三電平變換器中分壓電容均壓的一種方法[J].電機(jī)工程學(xué)報(bào),2003,23(10).”文中通過(guò)比較任意一個(gè)分壓電容電壓與給定參考值，并采用交錯(cuò)控制電路來(lái)調(diào)整開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間。其不足在于：文中雖然介紹了非隔離型三電平變換器中點(diǎn)平衡的普遍方法，但這種交錯(cuò)控制電路使用的是單沿觸發(fā)的雙載波調(diào)制方法，增加了硬件成本，且其調(diào)節(jié)方法缺少控制自由度。

文獻(xiàn)“周瑋陽(yáng),虞曉陽(yáng),金科,劉志軍.半橋三電平直流變換器的電容電壓控制策略[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2015,30(16).”文中應(yīng)對(duì)兩個(gè)受控量，采用一種雙沿調(diào)制策略實(shí)現(xiàn)了四開(kāi)關(guān)半橋三電平直流變換器的電容電壓均壓控制，但其雙沿觸發(fā)模式是基于同一調(diào)制波實(shí)現(xiàn)的，無(wú)法實(shí)現(xiàn)移相功能。為了實(shí)現(xiàn)移相控制，該專利增加了模擬控制部分，導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性降低，成本提高。

綜上所述，目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)對(duì)半橋三電平拓?fù)涞闹悬c(diǎn)平衡問(wèn)題，主要采用的還是模擬電路控制，但模擬控制存在控制精度低，控制自由度小，硬件成本高等局限性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的正是為了克服半橋三電平拓?fù)涞闹悬c(diǎn)平衡模擬控制存在的局限，提出了一種用于半橋三電平直流變換器的中點(diǎn)平衡電路以及相應(yīng)的三角載波、發(fā)波模式控制方法，通過(guò)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中因驅(qū)動(dòng)電路和開(kāi)關(guān)管特性差異產(chǎn)生的上、下分壓電容電壓差來(lái)修正調(diào)制波，從而實(shí)現(xiàn)了分壓電容均壓的數(shù)字控制方法。該數(shù)字控制方法在實(shí)際控制平臺(tái)中可以更好地利用數(shù)字處理器(DSP)中的EPWM模塊資源，且響應(yīng)速度快、控制精度高。

本發(fā)明提供了一種用于半橋三電平直流變換器的中點(diǎn)平衡電路，主要包括直流母線、半橋三電平主電路、電容C_in1與C_in2、飛跨電容C_ss、鉗位二極管D₁與D₂、輸出電路；電容C_in1的正極連接直流母線的正極，電容C_in1的負(fù)極與電容C_in2的正極連接，電容C_in2的負(fù)極連接直流母線的負(fù)極，電容C_in1和C_in2相連的中點(diǎn)定義為直流變換器中點(diǎn)B；半橋三電平主電路由開(kāi)關(guān)管S₁、開(kāi)關(guān)管S₂、開(kāi)關(guān)管S₃和開(kāi)關(guān)管S₄首尾串聯(lián)而成，其中開(kāi)關(guān)管S₁的集電極連接直流母線的正極，開(kāi)關(guān)管S₁的發(fā)射極連接開(kāi)關(guān)管S₂的集電極，開(kāi)關(guān)管S₂的發(fā)射極連接開(kāi)關(guān)管S₃的集電極，開(kāi)關(guān)管S₃的發(fā)射極連接開(kāi)關(guān)管S₄的集電極，開(kāi)關(guān)管S₄的發(fā)射極連接直流母線的負(fù)極；飛跨電容C_ss的正極連接開(kāi)關(guān)管S₁和開(kāi)關(guān)管S₂的中點(diǎn)，飛跨電容C_ss的負(fù)極連接開(kāi)關(guān)管S₃和開(kāi)關(guān)管S₄的中點(diǎn)；鉗位二極管D₁與鉗位二極管D₂相串聯(lián)，其中點(diǎn)連接變換器中點(diǎn)B，鉗位二極管D₁的負(fù)極連接飛跨電容C_ss的正極，鉗位二極管D₂的正極連接飛跨電容C_ss的負(fù)極；將開(kāi)關(guān)管S₂和開(kāi)關(guān)管S₃的中點(diǎn)A與變換器中點(diǎn)B引出作為半橋三電平直流變換器的輸出；

半橋三電平直流變換器的輸出電路采用變壓器隔離輸出，變壓器原邊上串聯(lián)濾波電感L_r，變壓器副邊采用二極管D₃與D₄組成的整流電橋，輸出端設(shè)置電感L₀和電容C₀組成的直流濾波電路。

本發(fā)明還提供了前述一種用于半橋三電平直流變換器的中點(diǎn)平衡電路的控制方法，采用單電流閉環(huán)控制，包括以下步驟：

步驟1，采集電容C_in1的電壓U_cin1(k)、電容C_in2的電壓U_cin2(k)，由公式

ΔU_cin(k)＝U_cin2(k)-U_cin1(k)

得到電壓差ΔU_cin(k)，其中k表示第k時(shí)刻；

步驟2，將在第k時(shí)刻采樣得到的電壓差ΔU_cin(k)與給定參考偏置電壓量ΔU_ref做差運(yùn)算，定義ΔU_ref＝0，得到在第k時(shí)刻的電容電壓偏置量ΔU(k)，

其值為ΔU(k)＝ΔU_ref-ΔU_cin(k)，其與電容C_in1、C_in2電壓的大小關(guān)系如下：

步驟3，將在第k時(shí)刻得到的電容電壓偏置量ΔU(k)進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)，得到所對(duì)應(yīng)的占空比修正量ΔD(k)；

步驟4，采集在第k時(shí)刻得到的濾波電感電流I_Lo(k)，對(duì)其進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)，得到在指令電流量I_ref下所對(duì)應(yīng)的閉環(huán)占空比D(k)；

步驟5，定義幅值為[0，1]的高頻三角載波為T(mén)_c、幅值為CMPA的調(diào)制波為T(mén)_mA、幅值為CMPB的調(diào)制波為T(mén)_mB、幅值為CMPC的調(diào)制波為T(mén)_mC、幅值為CMPD的調(diào)制波為T(mén)_mD；將調(diào)制波T_mA和調(diào)制波T_mB作為開(kāi)關(guān)管S₁、S₄的調(diào)制波，將調(diào)制波T_mC和調(diào)制波T_mD作為開(kāi)關(guān)管S₂、S₃的調(diào)制波，將調(diào)制波T_mA的幅值CMPA作為移相角；考慮到+1電平作用時(shí)間和-1電平作用時(shí)間之和不變，且開(kāi)關(guān)管S_i的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比均為0.5，調(diào)制波T_mA、T_mB、T_mC和T_mD的幅值需滿足以下條件：

為了簡(jiǎn)化算法，將調(diào)制波T_mC和調(diào)制波T_mD的幅值固定，則可得到以下條件：

其中i＝1,2,3,4；

步驟6，根據(jù)步驟5，將步驟4中得到的閉環(huán)占空比賦值給調(diào)制波T_mA的幅值CMPA，可得：CMPA(k)＝D(k)，CMPB(k)＝1-D(k)。根據(jù)得到的調(diào)制波T_mA的幅值CMPA(k)和調(diào)制波T_mB的幅值CMPB(k)，當(dāng)三角載波計(jì)數(shù)值CMP大于調(diào)制波T_mA的幅值CMPA(k)時(shí)，開(kāi)關(guān)管S₁和S₄導(dǎo)通；當(dāng)三角載波計(jì)數(shù)值CMP小于調(diào)制波T_mB的幅值CMPB(k)時(shí)，開(kāi)關(guān)管S₁和S₄關(guān)斷；同理，對(duì)于開(kāi)關(guān)管S₂、S₃的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，當(dāng)三角載波計(jì)數(shù)值CMP大于調(diào)制波T_mC的幅值0時(shí)，開(kāi)關(guān)管S₂和S₃導(dǎo)通；當(dāng)三角載波計(jì)數(shù)值CMP小于調(diào)制波T_mD的幅值1時(shí)，開(kāi)關(guān)管S₂和S₃關(guān)斷；

步驟7，根據(jù)步驟6中得到開(kāi)關(guān)管S₁、S₂、S₃和S₄的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，將開(kāi)關(guān)管S₁和開(kāi)關(guān)管S₃的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行反相，開(kāi)關(guān)管S₂和開(kāi)關(guān)管S₄的驅(qū)動(dòng)信號(hào)保持不變，得到理想情況下的半橋三電平直流變換器的4路開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)S₁'，S₂'，S₃'，S₄'；

步驟8，對(duì)調(diào)制波幅值進(jìn)行修正，當(dāng)+1電平作用時(shí)間比-1電平作用時(shí)間長(zhǎng)，電容C_in1的電壓小于電容C_in2的電壓，則減小開(kāi)關(guān)管S₁和S₂的移相角，增大開(kāi)關(guān)管S₃和S₄的移相角；當(dāng)+1電平作用時(shí)間比-1電平作用時(shí)間短，電容C_in1的電壓大于電容C_in2的電壓，則增大開(kāi)關(guān)管S₁和S₂的移相角，減小開(kāi)關(guān)管S₃和S₄的移相角；

步驟9，根據(jù)步驟3中得到的占空比修正量ΔD(k)、步驟6中得到的調(diào)制波T_mA的幅值CMPA(k)和調(diào)制波T_mB的幅值CMPB(k)表達(dá)式，可得在存在電容電壓偏置量ΔU(k)時(shí)，加入占空比修正量之后的調(diào)制波幅值為：

將調(diào)制波幅值CMPA(k)和CMPB(k)修正之后，得到半橋三電平直流變換器的4路開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)S₁”，S₂”，S₃”，S₄”。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果如下：

1、采用數(shù)字控制方法，有效解決了傳統(tǒng)半橋三電平中由于驅(qū)動(dòng)芯片和開(kāi)關(guān)管特性差異帶來(lái)的中點(diǎn)不平衡問(wèn)題，且響應(yīng)速度更快，控制精度更高。

2、在正、負(fù)半周期內(nèi)，原邊向副邊傳輸?shù)哪芰亢筒蛔?，在占空比修正過(guò)程中不影響能量傳輸。

3、可以省去隔直電容，降低電路體積和成本。

4、利用雙沿觸發(fā)的單載波數(shù)字控制方法來(lái)修正占空比，方法簡(jiǎn)單，控制自由度高，易于工程實(shí)現(xiàn)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明所針對(duì)的半橋三電平直流變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明所針對(duì)的半橋三電平直流變換器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)圖。

圖3是半橋三電平直流變換器產(chǎn)生直流偏置電壓的示意圖。

圖4是本發(fā)明利用三角載波和調(diào)制波實(shí)現(xiàn)的發(fā)波機(jī)理示意圖。

圖5是本發(fā)明提到的調(diào)制波修正的示意圖。

圖6是本發(fā)明所針對(duì)的半橋三電平直流變換器的上、下分壓電容電壓實(shí)現(xiàn)由不均壓到均壓的實(shí)驗(yàn)波形圖。

圖7是本發(fā)明所針對(duì)的半橋三電平直流變換器的上、下分壓電容電壓實(shí)現(xiàn)由均壓到不均壓的實(shí)驗(yàn)波形圖。

圖8是本發(fā)明所針對(duì)的半橋三電平直流變換器在中點(diǎn)不平衡下的原邊輸出電壓和整流橋輸出電壓的實(shí)驗(yàn)波形圖。

圖9是本發(fā)明所針對(duì)的半橋三電平直流變換器在中點(diǎn)平衡下的原邊輸出電壓和整流橋輸出電壓的實(shí)驗(yàn)波形圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：

如圖1所示，本發(fā)明的一種用于半橋三電平直流變換器的中點(diǎn)平衡電路，主要包括直流母線、半橋三電平主電路、電容C_in1與C_in2(上、下分壓電容)、飛跨電容C_ss、鉗位二極管D₁與D₂、其具體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下：直流母線總電壓V_in，直流側(cè)相串聯(lián)的分壓電容C_in1和C_in2，電容C_in1的正極連接直流母線的正極，電容C_in1的負(fù)極與電容C_in2的正極連接，定義為變換器中點(diǎn)B，電容C_in2的負(fù)極連接直流母線的負(fù)極。半橋三電平主電路拓?fù)溆?只開(kāi)關(guān)管首尾串聯(lián)而成，即開(kāi)關(guān)管S₁、開(kāi)關(guān)管S₂、開(kāi)關(guān)管S₃和開(kāi)關(guān)管S₄，其中開(kāi)關(guān)管S₁的集電極連接直流母線的正極，開(kāi)關(guān)管S₁的發(fā)射極連接開(kāi)關(guān)管S₂的集電極，開(kāi)關(guān)管S₂的發(fā)射極連接開(kāi)關(guān)管S₃的集電極，開(kāi)關(guān)管S₃的發(fā)射極連接開(kāi)關(guān)管S₄的集電極，開(kāi)關(guān)管S₄的發(fā)射極連接直流母線的負(fù)極，飛跨電容C_ss的正極連接開(kāi)關(guān)管S₁和開(kāi)關(guān)管S₂的中點(diǎn)，飛跨電容C_ss的負(fù)極連接開(kāi)關(guān)管S₃和開(kāi)關(guān)管S₄的中點(diǎn)，鉗位二極管D₁與鉗位二極管D₂相串聯(lián)，其中點(diǎn)連接變換器中點(diǎn)B，鉗位二極管D₁的負(fù)極連接飛跨電容C_ss的正極，鉗位二極管D₂的正極連接飛跨電容C_ss的負(fù)極。將開(kāi)關(guān)管S₂和開(kāi)關(guān)管S₃的中點(diǎn)A與變換器中點(diǎn)B引出作為半橋三電平直流變換器輸出端。

半橋三電平直流變換器的輸出電路采用變壓器隔離輸出，變壓器原邊上串聯(lián)濾波電感L_r，變壓器副邊采用二極管D₃與D₄組成的整流電橋，輸出端設(shè)置電感L₀和電容C₀組成的直流濾波電路。

在半橋三電平直流變換器中，在這里定義開(kāi)關(guān)狀態(tài)為S₁S₂S₃S₄，當(dāng)開(kāi)關(guān)管S_i導(dǎo)通時(shí)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)為1，當(dāng)開(kāi)關(guān)管S_i關(guān)斷時(shí)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)為0，其中i＝1,2,3,4，其表示各開(kāi)關(guān)管的編號(hào)。則可以得到本發(fā)明的半橋三電平直流變換器中存在如下8種開(kāi)關(guān)狀態(tài)，即1100-0100-0101-0001-0011-0010-1010-1000-1100，不考慮開(kāi)關(guān)變換死區(qū)的話，可以簡(jiǎn)化為1100-0101-0011-1010-1100。通過(guò)該開(kāi)關(guān)狀態(tài)，可以得到半橋三電平直流變換器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，如圖2所示。通過(guò)圖2可知，當(dāng)開(kāi)關(guān)狀態(tài)為1100時(shí)，進(jìn)入正半周期，此時(shí)開(kāi)關(guān)管S₁和開(kāi)關(guān)管S₂導(dǎo)通，上分壓電容C_in1通過(guò)開(kāi)關(guān)管S₁和開(kāi)關(guān)管S₂向副邊傳遞能量，此時(shí)上分壓電容電壓U_cin1下降，由于上分壓電容電壓U_cin1和下分壓電容電壓U_cin2之和等于直流母線電壓U_cin,因此下分壓電容電壓U_cin2上升，將這個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)定義為+1電平；當(dāng)開(kāi)關(guān)狀態(tài)為0101時(shí)，開(kāi)關(guān)管S₂和開(kāi)關(guān)管S₄導(dǎo)通，原邊不向副邊傳輸能量，此時(shí)上、下分壓電容U_cin2電壓U_cin2保持不變，將這個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)定義為+0電平；當(dāng)開(kāi)關(guān)狀態(tài)為0011時(shí)，進(jìn)入負(fù)半周期，此時(shí)開(kāi)關(guān)管S₃和開(kāi)關(guān)管S₄導(dǎo)通，下分壓電容通過(guò)開(kāi)關(guān)管S₃和開(kāi)關(guān)管S₄向副邊傳輸能量，此時(shí)下分壓電容電壓U_cin2下降，由于上分壓電容電壓U_cin1和下分壓電容電壓U_cin2之和等于直流母線電壓U_cin,因此上分壓電容電壓U_cin1上升，將這個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)定義為-1電平；當(dāng)開(kāi)關(guān)狀態(tài)為1010時(shí)，開(kāi)關(guān)管S₁和開(kāi)關(guān)管S₃導(dǎo)通，原邊不向副邊傳輸能量，此時(shí)上、下分壓電容電壓保持不變，將這個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)定義為-0電平?？偨Y(jié)如下表：

從上表可知，由于當(dāng)0電平時(shí)，原邊不向副邊傳輸能量，因此只需要考慮+1電平和-1電平時(shí)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，如果+1電平和-1電平作用的時(shí)間不同，那么上下分壓電容的電壓就不相等，從而造成在變壓器原邊電壓U_AB的偏置電壓ΔU_AB不為0，功率開(kāi)關(guān)管的承受電壓也不同，如圖3所示。當(dāng)理想情況下，+1電平作用時(shí)間和-1電平作用時(shí)間一樣時(shí)，原邊電壓為U_AB，其偏置電壓為0；當(dāng)+1電平作用時(shí)間比-1電平作用時(shí)間大時(shí)，原邊電壓為U_AB1，當(dāng)+1電平作用時(shí)間比-1電平作用時(shí)間小時(shí)，原邊電壓為U_AB2，偏置電壓為ΔU_AB，而偏置電壓與分壓電容電壓差ΔU_cin(k)的關(guān)系為：ΔU_cin＝2ΔU_AB。

在半橋電路中，若上、下分壓電容電壓不能精確到直流側(cè)母線電壓的一半，那么+1電平持續(xù)時(shí)間與-1電平持續(xù)時(shí)間不相等，變壓器初級(jí)在兩個(gè)電平作用時(shí)間內(nèi)承受電壓也不相等，導(dǎo)致變壓器磁通會(huì)沿著磁滯回線正向或反向持續(xù)增加，直至磁芯飽和，變壓器飽和會(huì)使其感量下降，發(fā)熱加劇，產(chǎn)生一定的安全隱患。實(shí)際應(yīng)用中，往往在變壓器原邊串入一個(gè)隔直電容來(lái)防止變壓器發(fā)生偏磁現(xiàn)象，但是增加了電路的體積和成本。

因此，必須要采取一定的控制算法來(lái)實(shí)現(xiàn)上、下分壓電容均壓，即實(shí)現(xiàn)中點(diǎn)平衡。本控制方法就是利用分壓電容電壓差ΔU_cin(k)來(lái)修正調(diào)制波，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)占空比的修正，使得+1電平和-1電平作用時(shí)間相同，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)中點(diǎn)平衡。

本發(fā)明基于前述的一種用于半橋三電平直流變換器的中點(diǎn)平衡電路，提出了如下的控制方法，采用單電流閉環(huán)控制策略，具體包括以下步驟：

步驟1，采集電容C_in1的電壓U_cin1(k)、電容C_in2的電壓U_cin2(k)，由公式

ΔU_cin(k)＝U_cin2(k)-U_cin1(k)

得到電壓差ΔU_cin(k)，其中k表示第k時(shí)刻。

步驟2，將在第k時(shí)刻采樣得到的電壓差ΔU_cin(k)與給定參考偏置電壓量ΔU_ref做差運(yùn)算，定義ΔU_ref＝0，得到在第k時(shí)刻的電容電壓偏置量ΔU(k)，

其值為ΔU(k)＝ΔU_ref-ΔU_cin(k)，其與電容C_in1、C_in2電壓的大小關(guān)系如下：

步驟3，將在第k時(shí)刻得到的電容電壓偏置量ΔU(k)進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)，得到所對(duì)應(yīng)的占空比修正量ΔD(k)。

步驟4，采集在第k時(shí)刻得到的濾波電感電流I_Lo(k)，對(duì)其進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)，得到在指令電流量I_ref下所對(duì)應(yīng)的閉環(huán)占空比D(k)。

步驟5，本發(fā)明利用DSP中的EPWM模塊，通過(guò)比較載波與調(diào)制波的大小關(guān)系進(jìn)行發(fā)波，具體發(fā)波機(jī)理如圖4所示，在這里定義幅值為[0，1]的高頻三角載波為T(mén)_c、幅值為CMPA的調(diào)制波為T(mén)_mA、幅值為CMPB的調(diào)制波為T(mén)_mB、幅值為CMPC的調(diào)制波為T(mén)_mC、幅值為CMPD的調(diào)制波為T(mén)_mD；將調(diào)制波T_mA和調(diào)制波T_mB作為開(kāi)關(guān)管S₁、S₄的調(diào)制波，將調(diào)制波T_mC和調(diào)制波T_mD作為開(kāi)關(guān)管S₂、S₃的調(diào)制波，將調(diào)制波T_mA的幅值CMPA作為移相角；考慮到+1電平作用時(shí)間和-1電平作用時(shí)間之和不變，且開(kāi)關(guān)管S_i的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比均為0.5，調(diào)制波T_mA、T_mB、T_mC和T_mD的幅值需滿足以下條件：

由于改變移相角就可以改變有效輸出占空比(即+1電平作用時(shí)間和-1電平作用時(shí)間)，為了簡(jiǎn)化算法，則可以保持開(kāi)關(guān)管S₂、S₃的驅(qū)動(dòng)信號(hào)始終不變，僅僅靠改變開(kāi)關(guān)管S₁、S₄的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相位來(lái)改變有效輸出占空比，那么將調(diào)制波T_mC的幅值CMPC和調(diào)制波T_mD的幅值CMPD固定，令CMPC＝0，CMPD＝1；同時(shí)，在滿足調(diào)制波T_mA的幅值CMPA和調(diào)制波T_mB的幅值CMPB之和CMPA+CMPB＝1條件下，我們可以通過(guò)改變CMPA的值來(lái)改變+1電平作用時(shí)間，這時(shí)CMPB也相應(yīng)變化，-1電平作用時(shí)間也相應(yīng)改變，但無(wú)論怎么改變，兩者作用時(shí)間始終相同，即為了簡(jiǎn)化算法，將調(diào)制波T_mC和調(diào)制波T_mD的幅值固定，則可得到以下條件：

其中i＝1,2,3,4，表示各開(kāi)關(guān)管的編號(hào)。

步驟6，根據(jù)步驟5中的條件限定，將步驟4中得到的閉環(huán)占空比賦值給調(diào)制波T_mA的幅值CMPA，可得：CMPA(k)＝D(k)，CMPB(k)＝1-D(k)。根據(jù)得到的調(diào)制波T_mA的幅值CMPA(k)和調(diào)制波T_mB的幅值CMPB(k)，當(dāng)三角載波計(jì)數(shù)值CMP大于調(diào)制波T_mA的幅值CMPA(k)時(shí)，開(kāi)關(guān)管S₁和S₄導(dǎo)通；當(dāng)三角載波計(jì)數(shù)值CMP小于調(diào)制波T_mB的幅值CMPB(k)時(shí)，開(kāi)關(guān)管S₁和S₄關(guān)斷；同理，對(duì)于開(kāi)關(guān)管S₂、S₃的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，當(dāng)三角載波計(jì)數(shù)值CMP大于調(diào)制波T_mC的幅值0時(shí)，開(kāi)關(guān)管S₂和S₃導(dǎo)通；當(dāng)三角載波計(jì)數(shù)值CMP小于調(diào)制波T_mD的幅值1時(shí)，開(kāi)關(guān)管S₂和S₃關(guān)斷。

步驟7，根據(jù)步驟6中得到開(kāi)關(guān)管S₁、S₂、S₃和S₄的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，將開(kāi)關(guān)管S₁和開(kāi)關(guān)管S₃的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行反相，開(kāi)關(guān)管S₂和開(kāi)關(guān)管S₄的驅(qū)動(dòng)信號(hào)保持不變，得到理想情況下的半橋三電平直流變換器的4路開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)S₁'，S₂'，S₃'，S₄'。

步驟8，考慮到中點(diǎn)不平衡情況，應(yīng)該對(duì)調(diào)制波幅值進(jìn)行修正，調(diào)制波修正示意圖如圖5所示。當(dāng)+1電平作用時(shí)間比-1電平作用時(shí)間長(zhǎng)，電容C_in1的電壓小于電容C_in2的電壓，則減小開(kāi)關(guān)管S₁和S₂的移相角(調(diào)制波T_mA的幅值CMPA(k))，增大開(kāi)關(guān)管S₃和S₄的移相角(調(diào)制波T_mB的幅值CMPB(k))；當(dāng)+1電平作用時(shí)間比-1電平作用時(shí)間短，電容C_in1的電壓大于電容C_in2的電壓，則增大開(kāi)關(guān)管S₁和S₂的移相角(調(diào)制波T_mA的幅值CMPA(k))，減小開(kāi)關(guān)管S₃和S₄的移相角(調(diào)制波T_mB的幅值CMPB(k))；

步驟9，根據(jù)步驟3中得到的占空比修正量ΔD(k)、步驟6中得到的調(diào)制波T_mA的幅值CMPA(k)和調(diào)制波T_mB的幅值CMPB(k)表達(dá)式，可得在存在電容電壓偏置量ΔU(k)時(shí)，加入占空比修正量之后的調(diào)制波幅值為：

將調(diào)制波幅值CMPA(k)和CMPB(k)修正之后，得到半橋三電平直流變換器的4路開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)S₁”，S₂”，S₃”，S₄”。

根據(jù)本發(fā)明提出的方法在半橋三電平實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上加以驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)條件：母線電壓為60V，占空比D＝0.5，將給定參考偏置電壓量ΔU_ref從0調(diào)至10，可以得到圖6，其為半橋三電平直流變換器的電容C_in1、C_in2電壓實(shí)現(xiàn)由不均壓到均壓的實(shí)驗(yàn)波形圖；將給定參考偏置電壓量ΔU_ref從10調(diào)至0，可以得到圖7，其為半橋三電平直流變換器的電容C_in1、C_in2電壓實(shí)現(xiàn)由不均壓到均壓的實(shí)驗(yàn)波形圖，可以看到通過(guò)上位機(jī)調(diào)節(jié)后，響應(yīng)速度快，調(diào)節(jié)時(shí)間為20ms左右。圖8是本發(fā)明所針對(duì)的半橋三電平直流變換器在中點(diǎn)不平衡下(人為設(shè)定給定參考偏置電壓量ΔU_ref＝10)的原邊輸出電壓和整流橋輸出電壓的實(shí)驗(yàn)波形圖，此時(shí)正負(fù)半周期內(nèi)原邊輸出電壓和整流橋輸出電壓的幅值不同，電壓應(yīng)力不均：在正半周期內(nèi)，電壓的幅值低于U_dc/2；在負(fù)半周期內(nèi)，電壓的幅值高于U_dc/2。圖9是本發(fā)明所針對(duì)的半橋三電平直流變換器在加入中點(diǎn)平衡控制方法下的原邊輸出電壓和整流橋輸出電壓的實(shí)驗(yàn)波形圖，此時(shí)正負(fù)半周期內(nèi)原邊輸出電壓和整流橋輸出電壓的幅值相同，電壓應(yīng)力均為U_dc/2，可以看到本發(fā)明所針對(duì)的中點(diǎn)平衡控制方法可行有效。

本發(fā)明不限于以上對(duì)實(shí)施例的描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明揭示的內(nèi)容，在本發(fā)明基礎(chǔ)上不必經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性勞動(dòng)所進(jìn)行的改進(jìn)和修改，都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。