技术领域
[0001] 本
发明涉及一种基于输出电流反馈的ISOP系统输入均压控制方法，属于高压直流变换器领域。
背景技术
[0002] 在传统高压
电路中，受到功率器件性能的限制，高压电路中功率器件的
串联结构得到广泛应用，这种串联结构控制简单，由于功率器件间存在参数差异，器件之间动态均压困难，同时系统无冗余控制能
力。在高压直流电路中，随着电力
电子装置朝着高频化和模
块化的方向发展，在保证电气性能的前提下，要求电力电子变换器具有高效率、高可靠性以及低成本的特点，通过将多个具有相同拓扑结构的变换器通过串并联的方式组合在一起，可以实现电力电子装置模块化要求，降低系统开发成本，提高系统可靠性，同时系统模块化结构便于以后进行功能拓展。
[0003] 输入串联输出并联(Input-Series Output-parallel,ISOP)组合变换器系统作为一种电力电子集成装置，适用于高
电压输入、低压大电流输出的应用场合。但是由于组合系统模块间参数存在的差异，实现模块间输入均压和输出均流是系统能够正常工作的前提。
[0004] 输入串联输出并联(ISOP)组合变换器的控制主要包括自然均压/均流以及基于调节变换器
开关器件的占空比实现两种方式。虽然自然均压/均流控制相对简单，但是对系统
中子模块的参数一致性要求高，在功率器件参数存在差异的情况下并不是真正的模块化控制设计。基于变换器开关器件占空比调节的控制方式主要有两方面的研究，包括输入电压均分控制和输出电流均分控制。
[0005] 发表在IEEE Transactions on Industrial Electronics[电力电子期刊]上的相关论文“Control Strategy for Input-Series-Output-Parallel Converters”[输入串联输出并联变换器控制策略]分析了ISOP组合变换器输入均压和输出均流之间的关系，提出了输入均压和恒压输出的解耦控制策略，同时给出了多模块组合变换器通用的均压/均流控制策略，但是每个子模块的控制都与其它子模块相关，这种系统中子模块之间有互联的控制方式容易造成控制
信号相互干扰，在比较恶劣的应用环境中降低了系统的可靠性。
[0006] 2010年在IEEE Transactions on Power Electronics[电力电子期刊]上发表了论文“Cross-Feedback Output-Current-Sharing Control for Input Series Output-Paralle Modular DC-DC Converters”[输入串联输出并联模块化DC-DC变换器输出电流均分交叉反馈控制]，提出了一种双闭环控制结构，
输出电压环产生电流环参考电流，输出电流反馈量不是单独每个子模块输出电流，而是其余模块电流之和，这种输出电流交叉反馈控制结构实现的输出均流或者输入均压控制仍存在模块间互联造成的干扰问题，同时控制的实现也比较复杂。
[0007]
专利文件CN201110204089.X-一种用于多模块DC-DC变换器的功率均分控制方法中提出了一种采用输出电压和输出电流双闭环控制方法，通过占空比重新分配的方式产生
控制信号，这种控制方式不仅需要双闭环调节
控制器，同时子模块的占空比需要重新分配计算，控制方式复杂。
[0008] 另外，2015年IEEE Transactions on Power Electronics[电力电子期刊]上发表的论文“Decentralized Inverse-Droop Control for Input-Series-Output-Parallel DC-DC Converters”[ISOP模块化DC-DC变换器分散式上垂控制控制方法]中采用了输出电压环、子模块输出电流环和输入电压环三环控制，输出电压环和输入电压均值控制一起为输出电流环提供参考电流，这种控制结构能够避免不同模块控制之间的交叉，但三环控制结构增加了控制难度。
[0009] 通过以上分析可以发现大部分文献中的输入均压控制都是
采样ISOP系统的
输入侧电压，在大功率电力电子装置中考虑到模块间的相对
位置，输入侧电压采样成本高，控制
信号传输容易受到干扰，影响系统可靠性。
发明内容
[0010] 发明目的：为了克服
现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于输出电流反馈的ISOP系统输入均压控制方法，其控制结构简单且易于实现，只在输出并联侧采样成本较低，各个子模块相互独立设计无干扰，能够提高系统的可靠性，实现模块化设计和控制要求。
[0011] 技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0012] 一种基于输出电流反馈的ISOP系统输入均压控制方法，包括以下步骤：
[0013] 其中，所述ISOP系统包括n个变换器子模块，且所有子模块的输入端串联、输出端并联；
[0014] 步骤S1：上电工作后采样ISOP系统中每个子模块的输出电流iLfi(i＝1,2,...,n)及ISOP系统的总输出电压Vo；
[0015] 步骤S2：确定ISOP系统总输出电压Vo的参考电压Vref，且得到ISOP系统的总输出电流io，io＝iLf1+iLf2+…+iLfn；
[0016] 步骤S3：根据系统总输出电流io得到各个子模块的输出电流参考值即平均输出电流 并将每个子模块的输出电流iLfi(i＝1,2,...,n)与平均输出电流 的差值乘以输出电流调节系数kio(i＝1,2,...,n)，得到每个子模块输出电流变化量对应的占空比调节量Δdi(i＝1,2,...,n)；
[0017] 步骤S4：将ISOP系统的参考电压Vref与总输出电压采样值Vo相减，其差值经电压调节器Gvo得到占空比调节参考值dref；
[0018] 步骤S5：将dref和Δdi相加，其和值通过比较器与高频载波比较后产生PWM控制信号，驱动开关器件。
[0019] 优选的，步骤S2中，ISOP系统总输出电流io由ISOP系统中每个子模块的输出电流iLfi(i＝1,2,...,n)相加求得或在输出并联端直接检测得到。
[0020] 优选的，步骤S5中用于比较的高频载波由模拟电路或DSP产生。
[0021] 有益效果：本发明提供的一种基于输出电流反馈的ISOP系统输入均压控制方法，相对于现有技术，具有以下优点：1、本发明只需要在ISOP系统的输出并联侧采样输出电流和输出电压，成本较低，易于实现；2、本发明提出的控制结构中只存在输出电压环，然后
叠加各个子模块输出电流相对电流均值的变化量，其控制结构简单，各个子模块相互独立设计无干扰，实现了模块化设计和控制要求，提高了ISOP系统的可靠性。
附图说明
[0022] 图1为ISOP组合变换器系统的模块化电路图；
[0023] 图2为本发明一种基于输出电流反馈的ISOP系统输入均压控制方法的流程
框图；
[0024] 图3为本发明
实施例中三模块双管
正激变换器ISOP系统的电路图；
[0025] 图4为本发明实施例中三模块双管正激变换器ISOP系统输入电压的仿真结果；
[0026] 图5为本发明实施例中三模块双管正激变换器ISOP系统输入电压的实测值。
具体实施方式
[0027] 下面结合附图及实施例对本发明作更进一步的说明。
[0028] 如图1所示，ISOP组合变换器系统由n个DC/DC变换器子模块组成，且所有子模块的输入端串联、输出端并联；其中，Vin为ISOP系统的总输入电压，Io为ISOP系统的总输出电流；Vini(i＝1,2,...,n)为i#模块的稳态输入电压，Iini(i＝1,2,...,n)为i#模块的稳态输入电流，ILfi(i＝1,2,...,n)为i#模块的稳态输出电流。
[0029] 如图2所示为一种基于输出电流反馈的ISOP系统输入均压控制方法，包括以下步骤：
[0030] 步骤S1：上电工作后，通过霍尔电流
传感器在ISOP系统输出并联端采样各个子模块的输出电流iLfi(i＝1,2,...,n)及ISOP系统的总输出电压Vo；
[0031] 步骤S2：确定ISOP系统总输出电压Vo的参考电压Vref，且由每个子模块的输出电流iLfi(i＝1,2,...,n)相加得到系统总输出电流io，io＝iLf1+iLf2+…+iLfn；
[0032] 步骤S3：根据系统总输出电流io得到各个子模块的输出电流参考值即平均输出电流 并将各个子模块的输出电流iLfi(i＝1,2,...,n)与平均输出电流 的差值乘以输出电流调节系数kio(i＝1,2,...,n)，得到各个子模块输出电流变化量对应的占空比调节量Δdi(i＝1,2,...,n)；
[0033] 步骤S4：将ISOP系统的参考电压Vref与总输出电压Vo相减，其差值经电压调节器Gvo得到占空比调节参考值dref；
[0034] 步骤S5：将dref和Δdi相加，其和值与模拟电路或DSP产生的高频三
角载波比较后产生PWM控制信号，驱动开关器件。
[0035] 因此，这种控制信号来自输出电压Vo经电压调节器Gvo后的产生控制量和子模块输出电流iLfi的变化量两个控制信号。
[0036] 对于每个变换器，它的输出电压是根据设计要求确定的，比如要求输出电压为120V，那么此处的参考电压就可以设为120V，所以步骤S2中的参考电压是根据实际的控制要求确定的。
[0037] 步骤S3中的输出电流调节系数并不是一个固定的大小，但范围在[0,1]以内，具体取值根据不同给的控制要求而定，然后根据电路不同的响应速度等可以自由调节设置。
[0038] 另外，步骤S2中的系统总输出电流io也可以在输出并联端直接检测得到；步骤S3中的输出电流调节系数kio也可以用控制器替代，仍能满足功能和控制要求。
[0039] 下面以三模块双管正激变换器ISOP系统的输入均压控制为实施例进行说明：
[0040] 如图3所示为由三个双管正激变换器组成的ISOP系统，每个正激变换器的输入输出电压之间存在关系式：Vin·D/N＝Vo，其中，Vin为变换器的输入电压，D为变换器的占空比，变换器原副边
匝比为N:1，Vo为输出电压。
[0041] 由图3可知，当该ISOP系统稳定时，满足关系式iLfj＝io/3(j＝1,2,...,n)，其中，io为该ISOP系统的总输出电流。假设系统在稳定状态下受到扰动，此时总输入电压Vin保持不变，模块1的输入电压Vin1升高，模块2输入电压Vin2降低，模块3输入电压Vin3降低。从功率平衡角度分析可知，此时模块1输出电流io1增加，模块2和模块3的输出电流io2和i03也减小。由图2流程框图可知，此时模块1变换器调节占空比D1增加，模块2和模块3的调节占空比D2和D3减小。
[0042] 当三个模块的输出电压Vo相同，并通过输出电压环保持输出电压恒定(因为根据上述控制策略，控制结构的外环是一个输出电压环，所以在输入均压的调节过程中通过输出电压环调节能够保证输出电压的稳定，稳定在设定的参考电压点)时，由关系式：Vin·D/N＝Vo可知子模块输入电压Vini和占空比D之间是负相关关系，因此，经过调节器调节占空比后，模块1的输入电压Vin1降低，模块2和模块3的输入电压Vin2和Vin3升高(由于变换器结构中所有子模块的输出电压相同，在正激变换器中子模块的输出电压与占空比之间是负相关关系，所以当子模块的占空比增大时，子模块相应的输入电压降低，反之亦然)，最后系统达到新的稳定状态，实现输入均压。
[0043] 图4为三模块双管正激变换器ISOP系统的输入均压控制仿真结果，从图中可以看出，在0.3s之前，系统总输入电压Vin为300V，每个模块的电压Vini稳定在100V。在0.3s时系统输入电压发生跳变，系统总输入电压Vin跳变为600V，从仿真结果可以看出，当系统总输入电压Vin发生跳变时，经过短时间的调节作用，每个模块的输入电压最后都稳定在200V，实现了模块间输入电压均分。
[0044] 图5为三模块双管正激变换器ISOP系统的输入均压控制实测值，从图中可以看出，变换器工作在满载(输出电压为50V，输出电流为5A)条件下，输入电压范围为285V～400V，变换器输入电压每增加5V测量三个子模块的输入电压大小。
[0045] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
