第264章 本卷終【高能！】
第264章本卷終高能！
本來一個個都熱情地稱呼劉晨小先生，客氣得很，現在設備也搞定了，又查出這種事，心中不爽之下，自然說話也不會客氣。
好幾個教授都指責劉晨。
秦明和龔書仍然不說話。
劉晨道：“呵，確實忘了說專利的事了，我也差點給忘了，確實有這么回事。”
黃杰忙道：“是吧，你是不是認識這申請專利的人？”
“我確實認識。”劉晨道。
嘩啦啦一片喧嘩，這無疑承認了他不過是從人家那兒偷學了這套技術，并非原創，也不是什么天才，就是會考試的學生罷了。
好些個丑陋的嘴臉。
“不僅我認識，你們在座的每一個人都認識。”劉晨又說，還笑了。
“我們也認識？那不可能。”
“你早該說出來的，現在搞得多被動。”
秦明的臉色略略有些難看，道：“這人是誰呀？我們大家伙來自天南海北，不可能每個人都認識呀。”
龔書道：“即便劉晨是跟人學習，能掌握這么多的技術要領，那也是極為了不起了，絕對是我們江海大學特招進來的高材生，我的課題組仍然需要這樣的人才，入學就過來跟著我親自帶的博士學習，等到本科畢業，那水平就很不錯了，說不定能做些創新性的研究了。”
學習現有的技術，和創新，那完全是兩種截然不同的能力，段位差很多。
這檔次一下子就降低了，本來是課題組的副研究員待遇，未來的接班人，好嘛，現在就是個學生身份了，讓個博士生帶著。
不過好歹給劉晨說了話，責難的聲音明顯就小了很多。
劉晨搖了搖頭，道：“大家伙不是很關心誰申請了專利嘛。那我就告訴你們唄，也沒什么。”
眾人側耳傾聽。
“那不過是我高三復習階段無聊撰寫的諸多專利之一罷了，我跟我自己學習了這些技術，恐怕你們會不信。我就大方點，直接告訴你們我都寫了啥吧，不是很想知道我怎么實現的控制嗎？”
劉晨笑著在白板上畫框圖說了起來。
技術領域 本發明涉及一種DC/DC變換器中的多電平逆變器的拓撲及控制方法，具體是一種開關頻率保持恒定、基于串聯諧振軟開關的多電平逆變器拓撲及電壓滯環控制。
發明內容 本發明的目的在于克服上述現有技術中的不足，提出一種基于串聯諧振軟開關的多電平逆變器的電壓滯環控制。在諧振電流過零點切換開關器件，因而開關頻率是恒定的，由于是軟開關控制，開關頻率可以達到很高，且開關損耗較小。將基于串聯諧振軟開關的多電平逆變器與電壓滯環控制結合起來，可保持開關頻率恒定，易實現輸出電壓的快速、穩定控制。
本發明是針對采用高頻多電平逆變器的串聯諧振DC/DC變換器，該變換器拓撲包括：逆變器將輸入的穩定直流電壓轉換為多種脈沖電平輸出，用來對串聯諧振的幅度進行調整；串聯諧振電路由外加電容器C與變壓器T1的漏感組成，如果變壓器T1的漏感不足。可外加電感，將逆變器輸出的脈沖電平轉換為正弦波形，以便于變壓器T1升壓或降壓；高頻不可控整流器對高頻正弦電壓整流，得到輸出的直流電壓Uout。
所提出的多電平逆變器拓撲結構有2種，一種稱為單向多電平逆變器，另一種稱為雙向多電平逆變器。普通逆變器為4個開關器件組成的2個橋臂，輸入1種電平，可輸出3種電平，單向多電平逆變器在普通逆變器前端或后端的一側增加開關管，增加一個開關器件。輸入電平增加一種，輸出電平增加兩種，輸入n種電平，需要一側增加n1個開關器件。總共需要n3個開關器件；雙向多電平逆變器是在普通逆變器的基礎上，前端和后端兩側對稱增加開關器件，增加一對開關器件，輸入電平增加一種，輸出電平增加兩種，輸入n種電平。兩側增加2(n1)個開關器件，總共需要2(n1)個開關器件。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括以下步驟：
1、諧振電流的采集和處理 通過電流互感器或在串聯諧振電路中串入一個小電阻，以電壓的形式測量得到初始諧振電流Ires_p，初始諧振電流為實際諧振電流的反向，電壓跟隨器將其反向放大得到Ires_in。將放大后的諧振電流Ires_in的相位前移ts，前移的時間為控制器器、驅動電路及開關器件切換等延遲時間，以保證開關器件在諧振電流過零點時切換狀態。將前移后的諧振電流Ires_s從正弦波形轉換為控制器可識別的脈沖波形Ires通入控制器，以檢測過零點，脈沖波形Ires的幅值要與控制器的處理電平相同，處理器的電平一般為3。3V或5V。
2、輸出電壓的采集 通過電壓互感器或電阻分壓的方式測量輸出電壓Uout，采用電阻分壓的方式還需要通過線性光耦將功率電路與控制電路隔離。
3、電壓比較值的給定 電壓滯環控制分為直接電壓滯環控制和間接電壓滯環控制，直接電壓滯環控制是采集輸出電壓Uout，直接與給定的電壓比較值進行比較，將結果輸入控制器；間接電壓滯環控制是輸出電壓Uout與給定的參考電壓Uref通過調節器，將其結果與給定的電壓比較值進行比較。直接電壓滯環控制的給定電壓比較值根據給定的參考電壓Uref和滯環的數量、寬度直接決定，隨輸出電壓Uout的變化而變化；間接電壓滯環控制的給定電壓比較值根據調節器的參數和設定的滯環數量、寬度決定，不因輸出電壓的變化而變化。
給定電壓比較值的數量取決于逆變器的輸出電平數，逆變器輸入電平數n，由低到高分別為Ui1、Ui2、Ui3、…、Uin，則逆變器輸出電平數(2n1)，由高到低分別為Uin、Uin1、Uin2、…、Ui1、0、Ui1、Ui2、Ui3、…、Uin，每種狀態輸出一種電平，因此有(2n1)種狀態，按輸出電平由高到低分別稱為n狀態、(n1)狀態、(n2)狀態、…、0狀態、1狀態、2狀態、3狀態、…、n狀態。給定電壓比較值的數量為2n，滯環的數量為n。
對于直接電壓滯環控制，環寬由低到高分別為給定的參考電壓Uref的2h1、2h2、…、2hn，給定電壓比較值由低到高分別為：U1。U2，…，U2n，則U1(1hn)Uref，U2(1hn1)Uref。U3(1hn2)Uref，…，Un(1h1)Uref，Un1(1h1)Uref，Un2(1h2)Uref，Un3(1h3)Uref，…，U2n(1hn)Uref。
對于間接電壓滯環控制，設定調節器的輸出穩定在Ur，環寬由低到高分別為Ur的2h1、2h2、…、2hn。給定電壓比較值由低到高分別為：U1，U2，…，U2n，則U1(1hn)Ur，U2(1hn1)Ur，U3(1hn2)Ur，…，Un(1h1)Ur，Un1(1h1)Ur。Un2(1h2)Ur，Un3(1h3)Ur，…，U2n(1hn)Ur。
4、確定下一個控制狀態 對于直接電壓滯環控制。輸出電壓Uout與給定的電壓比較值進行比較，Uout大于給定的電壓比較值，比較器輸出“1”，Uout小于給定的電壓比較值，比較器輸出“0”，2n個比較結果輸入到控制器中。控制器記錄其中“1”信號的數量為m，m與下一個輸出狀態的和值為n，即m0，下一個狀態為n、m1，下一個狀態為(n1)、m2，下一個狀態為(n2)、…、mn，下一個狀態為0、mn1，下一個狀態為1、mn2，下一個狀態為2、mn3，下一個狀態為3、…、m2n，下一個狀態為n。
對于間接電壓滯環控制，調節器的輸出電壓Uoutr與給定的電壓比較值進行比較，Uoutr大于給定的電壓比較值，比較器輸出“1”，Uoutr小于給定的電壓比較值，比較器輸出“0”，2n個比較結果輸入到控制器中，控制器記錄其中“1”信號的數量為m，m與下一個輸出狀態的差值為n，即m2n，下一個狀態為n、m2n1，下一個狀態為(n1)、m2n2，下一個狀態為(n2)、…、mn，下一個狀態為0、mn1，下一個狀態為1、mn2，下一個狀態為2、mn3，下一個狀態為3、…、m0，下一個狀態為n。
除此之外，還需對諧振電流和電容器C的電壓進行限制，設定最高限值，若兩者有其一超過設定的限值，下一個輸出狀態強制為零狀態或負狀態，若兩者都超過設定的限值，下一個輸出狀態強制為負狀態，以保護開關器件，防止過電流和過電壓。
另外，比較器輸出的脈沖信號的幅值要與控制器的處理電平相同，控制器的處理電平一般為3。3V或5V。
5、輸出開關控制信號 輸入到控制器中的信號有前移后變為脈沖波形的諧振電流信號Ires，滯環比較的2n個結果，根據滯環比較的結果確定下一個狀態，將Ires的半周期整數倍作為確定狀態的觸發信號，根據下一個狀態輸出開關器件的驅動信號，Ires的半周期為開關器件切換狀態的觸發信號。
根據開關器件不同的導通方式，多電平逆變器的輸出有3種基本狀態，分別為正狀態、零狀態、負狀態。正狀態是多電平逆變器輸出的脈沖電壓方向與諧振電流方向相同，對諧振電流起到增強作用；零狀態是多電平逆變器輸出脈沖電壓為零，諧振電路形成回路。諧振電流僅受負載影響；負狀態是多電平逆變器輸出的脈沖電壓方向與諧振電流方向相反，使得諧振電流減弱。同一狀態，諧振電流的方向不同相應的多電平逆變器的輸出電平方向也要隨之改變，開關器件對應不同的導通方式。在諧振電流的過零點切換開關器件的狀態。以使得開關損耗為零，且開關頻率與串聯諧振頻率始終保持相同。
零狀態時，多電平逆變器的基本4個開關器件輪流導通兩個上橋臂或兩個下橋臂，考慮到開關器件的使用壽命，不易一直導通兩個上橋臂或兩個下橋臂。如果開關器件反并聯快速二極管。也可根據諧振電流的方向導通基本4個開關器件中的一個，利用相應的一個快速二極管替代與之并聯的開關器件導通形成回路。
對于負狀態，若多電平逆變器中的開關器件都反并聯了快速二極管，可關閉所有的開關器件，任由諧振電路根據自身能量選擇導通的快速二極管形成通路，此種控制方法簡單，但是n種負狀態無法確定控制。若要控制負狀態，必須通過導通開關器件的方式，對于不同的諧振電流方向，某個負狀態導通的開關器件是不同的。
對于單向多電平逆變器。只有一側增加了開關器件，以增加輸入的電平數量，對于兩個方向的諧振電流，控制開關器件導通時只能通過“互補”的方式。基本的4個開關器件為S1H、S2H、S1L、S2L，S1H和S2H組成一個橋臂，S1L和S2L組成一個橋臂，S1H和S1L為兩個上橋臂，在前側增加開關器件S3、S4、S5、…、S(n1)，輸入的電平數為n，以H點流向L點為諧振電流正方向。對于t(1≤t≤n1)狀態，增加的輸入電平為Ui(n2t)，諧振電流為負時，開關器件St和S2L導通。或開關器件St和S2L反并聯的快速二極管D2L導通，向諧振電路輸出Ui(n2t)電平，而諧振電流為正時，無法通過開關器件St的導通來輸出Ui(n2t)電平，開關器件St和S1L導通，或開關器件St和S1L反并聯的快速二極管D1L導通。向諧振電路輸出Ui(n2t)Uin電平，因此，對于諧振電流為正的t狀態，必須導通與開關器件St互補的那個開關器件Sn4t，并同時導通開關器件S1L或與S1L反并聯的快速二極管D1L，向諧振電路輸出Ui(t2)Uin電平，若要效果相同，電平Ui(t2)與Ui(n2t)必須互補，即兩者之和為Uin，對于每種負狀態都可以采用“互補”的導通方式，要求各狀態輸入的電平具有等差的線性關系，即Ui22Ui1、Ui33Ui1、Ui44Ui1、…、UinnUi1。對于后側的單向多電平逆變器，控制負狀態，也通過“互補”的導通方式。
對于雙向多電平逆變器，在兩側對稱增加開關器件，前側增加S3H、S4H、S5H、…、S(n1)H，后側增加S3L、S4L、S5L、…、S(n1)L，對于t(1≤t≤n1)狀態，增加的輸入電平為Ui(n2t)，StH和StL輸入的電平都為Ui(n2t)，諧振電流為負時，開關器件StH和S2L導通，或開關器件StH和S2L反并聯的快速二極管D2L導通，向諧振電路輸出Ui(n2t)電平，諧振電流為正時，開關器件StL和S2H導通，或開關器件StL和S2H反并聯的快速二極管D2H導通，向諧振電路輸出Ui(n2t)電平。對于雙向的多電平逆變器，各狀態輸入的電平不要求具有等差的線性關系。
對于正狀態，單向多電平逆變器仍需采用“互補”的導通方式，各狀態輸入的電平要求具有等差的線性關系，對于t(1≤t≤n1)狀態，增加的輸入電平為Ui(n2t)，諧振電流為正時，開關器件St和S2L導通，向諧振電路輸出Ui(n2t)電平，諧振電流為負時，導通與開關器件St互補的開關器件Sn4t，并同時導通開關器件S1L，向諧振電路輸出Ui(n2t)電平；雙向多電平逆變器對于t(1≤t≤n1)狀態，諧振電流為正時，開關器件StH和S2L導通，向諧振電路輸出Ui(n2t)電平，諧振電流為負時，導通開關器件StL和S2H，向諧振電路輸出Ui(n2t)電平。
對于n狀態，諧振電流為正，開關器件S1H和S2L導通，諧振電流為負，開關器件S1L和S2H導通；n狀態時，諧振電流為正，開關器件S1L和S2H導通，如果開關器件反并聯快速二極管，也可由快速二極管D1L和D2H自行導通，諧振電流為負，開關器件S1H和S2L導通，或由快速二極管D1H和D2L自行導通。
基于諧振軟開關技術的采用多電平逆變器的DC/DC變換器在諧振電流過零點時切換開關器件的通斷，消除了開關損耗，另外，多個開關器件并聯在一起作為一個開關閥，可以達到均壓和均流的效果，彌補MOSFET或IGBT的容量。
與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：第一、消除了開關損耗；第二、控制快速、簡單；第三、開關器件頻率恒定；第四、在諧振電流過零點時切換開關器件的狀態，達到了很好的均壓和均流效果，便于對開關器件并聯增容；第五、所需要的控制器I/O引腳很少，一個控制器可控制多個該DC/DC變換器。