一种级联固态变压器及功率平衡控制方法与流程

本发明主要涉及电子电力控制，具体涉及一种级联固态变压器及功率平衡控制方法。

背景技术：

1、现有技术中，射频电源应用于等离子体刻蚀等领域中，等离子体腔室中的负载呈现非线性快速变化。由于固态变压器的级联参数不一致或隔离级功率不平衡，导致整流级输出电压不平衡，整流级调整每个模块的有功功率从而控制电容电压的平衡，但是级联整流级每个模块的调制比不一致，使得输入电流达不到载波移相倍频的效果。若利用dq变换中的各个h桥的有功分量作为每个隔离级的实时功率，利用此信息在一定程度上可以实现隔离级的功率均衡控制。然而这个控制方法不能实现静态功率无静差控制，也不能在静止坐标系下实现功率均衡。可见传统的均功率控制方案往往存在控制效果差的问题。

2、因此，为了提高传输效率以及精确度，控制也应该能够快速准确地响应动态负载的变化，如何设计一种用于级联固态变压器的快速动态响应的功率平衡控制方法是待解决的技术问题。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对现有技术的问题，提供一种用于级联固态变压器的快速动态响应的功率平衡控制方法。

2、第一方面，本申请实施例提供了一种级联固态变压器的功率平衡控制方法，所述固态变压器的功率主电路采用链式结构，由个基本单元前串后并组成，每个基本单元包括一个前端转化器和一个与所述前端转化器输出端口并联的双有源电桥，包括以下步骤：

3、根据前端转化器输出端口的隔离电容两端的当前电压及隔离电容两端的参考电压，获得隔离电容两端的补偿电压；

4、将隔离电容两端的补偿电压做逆park变换，获得隔离电容两端的当前电压；

5、将隔离电容两端的实际电压进行角度转化及反相处理，获得控制前端转化器的开关管动作的第一pwm波；

6、根据隔离负载两端的输出电压及输出参考电压，获得隔离负载两端的输出补偿电压；

7、将输出补偿电压输入至输出电压补偿函数及放大器后，获得隔离负载两端的补偿电流；

8、根据隔离负载两端的补偿电流、监视器的输出标称电流，获得隔离负载两端的实际电流；

9、将隔离负载两端的实际电流输入电流补偿函数及sps函数并进行反相处理，获得控制双有源电桥的开关管动作的第二pwm波；

10、根据第一pwm波及第二pwm波分别控制前端转化器及双有源电桥以实现级联固态变压器的功率平衡。

11、优选地，前端转化器为全桥变换器，用于将输入工频交流信号变换为高频方波信号。

12、优选地，双有源电桥包括两个全桥电路和一个变压器，用于将输入的高频方波信号还原成工频交流信号。

13、优选地，输出标称电流由公式（1）得到：

14、              （1）；

15、其中，为监视器的输出电流，为整数；为流过隔离负载的电流，是双有源电桥电路的两个全桥电路之间的标称全额定相移角。

16、优选地，所述监视器为基于遗传算法的小信号模型。

17、第二方面，本申请实施例提供了一种级联固态变压器，所述级联固态变压器的功率主电路采用链式结构，由个基本单元前串后并组成，每个基本单元包括一个前端转化器和一个与所述前端转化器输出端口并联的双有源电桥；

18、所述前端转化器包括第一开关管s1、第二开关管s2、第三开关管s3、第四开关管s4、第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第四二极管d4；其中，第一开关管s1的集电极与第一二极管d1的负极端、第三开关管s3的集电极、第三二极管d1的负极端及第一输出端电连接，第一开关管s1的发射极与第一输入端、第一二极管d1的正极端、第二开关管s2的集电极及第二二极管d2的负极端电连接；第二开关管s2的发射极与第二二极管d1的正极端、第四开关管s4的发射极及第二输出端电连接；第三开关管s3的发射极与第三二极管d1的正极端、第二输入端、第四二极管d1的负极端及第四开关管s4的集电极电连接；第一开关管s1、第二开关管s2、第三开关管s3及第四开关管s4的基极分别连接第一控制信号；

19、双有源电桥包括第五开关管s5、第六开关管s6、第七开关管s7、第八开关管s8、第九开关管s9、第十开关管s10、第十一开关管s11、第十二开关管s12、第五二极管d5、第六二极管d6、第七二极管d7、第八二极管d8、第九极管d9、第十二极管d10、第十一二极管d11、第十二二极管d12、电感l、变压器t；其中，第五开关管s5的集电极与第五二极管d5的负极端、第七开关管s7的集电极、第七二极管d7的负极端及第三输出端电连接，第五开关管s5的发射极与第五输入端、第五二极管d5的正极端、第六开关管s6的集电极电连接、第六二极管d6的负极端及电感l的第一端电连接；第六开关管s6的发射极与第六二极管d6的正极端、第八开关管s8的发射极及第四输入端电连接；第七开关管s7的发射极与第七二极管d7的正极端、第八二极管d8的负极端、第八开关管s8的集电极及变压器t的第二端电连接；第九开关管s9的集电极与第九二极管d9的负极端、第十一开关管s11的集电极、第十一二极管d11的负极端及第三输出端电连接，第九开关管s9的发射极与第九二极管d9的正极端、变压器的第三端第十开关管s10的集电极、第十二极管d10的负极端电连接；第十开关管s10的发射极与第十二极管d10的正极端、第十二开关管s12的发射极、第十二二极管d12的正极端及第四输出端电连接；第十一开关管s11的发射极与变压器t的第四端、第十一二极管d11的正极端、第十二二极管d12的集电极、第十二二极管d12的负极端电连接；电感l的第二端与变压器的第一端电连接；

20、第五开关管s5、第六开关管s6、第七开关管s7、第八开关管s8、第九开关管s9、第十开关管s10、第十一开关管s11及第十二开关管s12的基极分别连接第二控制信号。

21、优选地，所述第一控制信号和所述第二控制信号均为pwm波信号。

22、与现有技术相比，本发明提出了一种级联固态变压器的功率平衡控制方法，通过设置电路控制前端转化器和双有源电桥，以产生分别控制前端转化器的第一pwm波和控制双有源电桥的第二pwm波，并通过第一pwm波和第二pwm波分别作用于前端转化器的开关管和双有源电桥的开关管，以实现级联固态变压器的功率平衡，本发明的控制方法简单，可以提高对级联固态变压器进行均衡功率控制的控制效果，降低相应的控制成本。

技术特征：

1.一种级联固态变压器的功率平衡控制方法，所述固态变压器的功率主电路采用链式结构，由个基本单元前串后并组成，每个基本单元包括一个前端转化器和一个与所述前端转化器输出端口并联的双有源电桥，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种级联固态变压器的功率平衡控制方法，其特征在于，前端转化器为全桥变换器，用于将输入工频交流信号变换为高频方波信号。

3.根据权利要求1所述的一种级联固态变压器的功率平衡控制方法，其特征在于，双有源电桥包括两个全桥电路和一个变压器，用于将输入的高频方波信号还原成工频交流信号。

4.根据权利要求3所述的一种级联固态变压器的功率平衡控制方法，其特征在于，输出标称电流由公式（1）得到：

5.根据权利要求1所述的一种级联固态变压器的功率平衡控制方法，其特征在于，所述监视器为基于遗传算法的小信号模型。

6.一种级联固态变压器，其特征在于，所述级联固态变压器的功率主电路采用链式结构，由个基本单元前串后并组成，每个基本单元包括一个前端转化器和一个与所述前端转化器输出端口并联的双有源电桥；

7.根据权利要求6所述的一种级联固态变压器，其特征在于，所述第一控制信号和所述第二控制信号均为pwm波信号。

技术总结
本申请公开了一种级联固态变压器及功率平衡控制方法，所述固态变压器的功率主电路采用链式结构，由个基本单元前串后并组成，每个基本单元包括一个前端转化器和一个与所述前端转化器输出端口并联的双有源电桥，所述方法通过设置电路控制前端转化器和双有源电桥，以产生分别控制前端转化器的第一PWM波和控制双有源电桥的第二PWM波，并通过第一PWM波和第二PWM波分别作用于前端转化器的开关管和双有源电桥的开关管，以实现级联固态变压器的功率平衡，本发明的控制方法简单，可以提高对级联固态变压器进行均衡功率控制的控制效果，降低相应的控制成本。

技术研发人员：乐卫平,林伟群,唐亚海,林桂浩
受保护的技术使用者：深圳市恒运昌真空技术股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/12