本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及一種開(kāi)關(guān)組件及其應(yīng)用、控制方法。

背景技術(shù)：

高壓直流(HVDC)輸電技術(shù)在這些年得到了快速發(fā)展，因?yàn)樗浅＿m合于長(zhǎng)距離大功率的能量傳輸。目前，絕大多數(shù)的高壓直流輸電工程是兩端系統(tǒng)，即電能從一個(gè)地點(diǎn)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)地點(diǎn)而中間沒(méi)有額外的連接點(diǎn)。但是，包含多條輸電線路并呈現(xiàn)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高壓直流電網(wǎng)是未來(lái)直流輸電的發(fā)展趨勢(shì)。高壓直流電網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)主要在于優(yōu)化了輸電設(shè)施的利用、提高了電能交易與運(yùn)行的靈活性并增強(qiáng)了電能傳輸?shù)目煽啃耘c安全性。

高壓直流電網(wǎng)通常存在多個(gè)電壓等級(jí)，比如320kV、500kV、800kV等等。如果兩個(gè)具有不同電壓等級(jí)的輸電線路需要連接再一起，就需要一個(gè)高壓大功率DC/DC變換器提供電壓變換功能。另外，如果一個(gè)低壓直流源想向直流電網(wǎng)饋電，或者一個(gè)低壓直流負(fù)載想從直流電網(wǎng)用電，DC/DC變換器同樣必不可少。通常地，在直流電網(wǎng)中，DC/DC變換器用做電壓等級(jí)適配器和能量傳輸?shù)穆窂健?/p>

在中低壓應(yīng)用領(lǐng)域有許多非常成熟的DC/DC變換拓?fù)洌热鏱uck變換器、boost變換器、正激變換器、反激變換器、雙端有源橋(DAB)變換器等。如果在高壓直流電網(wǎng)中實(shí)用這些拓?fù)?，由于單個(gè)開(kāi)關(guān)器件難以承受如此高的電壓，就需要把許多器件串聯(lián)起來(lái)使用。但是，串聯(lián)器件需要額外的電壓平衡措施，否則如果器件之間的電壓分配不均，就會(huì)導(dǎo)致過(guò)壓故障。另外，由于串聯(lián)器件都是同步工作的，即同時(shí)導(dǎo)通或關(guān)斷，這使得串聯(lián)器件用在高壓直流電網(wǎng)中時(shí)，其兩端的電壓會(huì)呈現(xiàn)非常陡峭的上升沿和下降沿，從而具有相當(dāng)高的電壓變化率。這種高電壓變化率會(huì)對(duì)電路中電感元件的設(shè)計(jì)和制造帶來(lái)困難。

最近這些年，模塊化多電平變換器(Modular Multilevel Converter,MMC)在高壓直流輸電領(lǐng)域受到了廣泛的關(guān)注。它的關(guān)鍵特征是引入了模塊化的概念，通過(guò)使用子模塊，降低了單個(gè)功率器件所承受的電壓應(yīng)力。實(shí)際上，基于子模塊的模塊化概念已經(jīng)被引入應(yīng)用于高壓直流電網(wǎng)的DC/DC變換器中，以作為一種解決電壓平衡問(wèn)題的方法。但是，這是已有的模塊化DC/DC變換器拓?fù)涞奶岢龆际欠稚⒑筒幌到y(tǒng)的，各有自己獨(dú)特的調(diào)制方法和控制策略，不同拓?fù)渲g的關(guān)系并沒(méi)有被詳細(xì)研究。由于缺乏統(tǒng)一的方法論，后來(lái)的研究者很難基于這些現(xiàn)有研究提出新的拓?fù)浠驅(qū)⒛撤N特定拓?fù)涞姆治龇椒☉?yīng)用到另一種拓?fù)渲?。另外，在這些現(xiàn)有研究中，子模塊都被視為可控直流電壓源，其電容廣泛地參與能量變換，并被頻繁地充、放電。這使得為了保證電壓紋波不超出預(yù)設(shè)范圍，子模塊電容的值通常很大，造成系統(tǒng)的成本和體積較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述缺陷，本發(fā)明提供了一種開(kāi)關(guān)組件及其應(yīng)用、控制方法，旨在解決現(xiàn)有的DC/DC變換器由于采用串聯(lián)開(kāi)關(guān)管同時(shí)斷開(kāi)與截止實(shí)現(xiàn)DC/DC變換器工作而導(dǎo)致串聯(lián)開(kāi)關(guān)管的兩端電壓呈非常陡峭的上升沿和下降沿，使得對(duì)DC/DC變換器中的元器件高要求的技術(shù)問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，作為本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提供了一種開(kāi)關(guān)組件，包括一個(gè)單元鏈和一個(gè)電感；

單元鏈包括N_cell個(gè)依次串聯(lián)半橋有源箝位單元，第i半橋有源箝位單元的負(fù)極性端與第i+1個(gè)半橋有源箝位單元的正極性端連接；

第N_cell個(gè)半橋有源箝位單元的負(fù)極性端與電感一端連接，第1半橋有源箝位單元的正極性端為開(kāi)關(guān)組件的正極性端，電感另一端為開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端；

半橋有源箝位單元有箝位狀態(tài)和導(dǎo)通狀態(tài)兩個(gè)工作狀態(tài)，當(dāng)半橋有源箝位單元位于箝位狀態(tài)，半橋有源箝位單元的兩端電壓不為零，當(dāng)半橋有源箝位單元位于導(dǎo)通狀態(tài)，半橋有源箝位單元的兩端電壓為零；電感用于防止開(kāi)關(guān)組件出現(xiàn)純電壓源回路；1<i<N_cell-1。

當(dāng)單元鏈中N_cell個(gè)依次串聯(lián)半橋有源箝位單元均處于導(dǎo)通狀態(tài)，單元鏈兩端的電壓為零，又由于流過(guò)電感的電流變化率小，電感兩端電壓可以忽略，開(kāi)關(guān)組件兩端的電壓為零，開(kāi)關(guān)組件處于閉合狀態(tài)，當(dāng)單元鏈中N_cell個(gè)依次串聯(lián)半橋有源箝位單元處于箝位狀態(tài)時(shí)，每個(gè)半橋有源箝位單元兩端的電壓為v_Cc，則單元鏈兩端的電壓為N_cell×v_Cc，此時(shí)開(kāi)關(guān)組件處于斷開(kāi)狀態(tài)。當(dāng)開(kāi)關(guān)組件由閉合狀態(tài)向開(kāi)關(guān)狀態(tài)變換時(shí)，可以依次組逐個(gè)使每個(gè)半橋有源箝位單元由導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)轶槲粻顟B(tài)，開(kāi)關(guān)組件兩端的電壓呈階梯式上升，當(dāng)開(kāi)關(guān)組件由開(kāi)關(guān)狀態(tài)向閉合狀態(tài)變換時(shí)，可以依次逐個(gè)使每個(gè)半橋有源箝位單元由箝位狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，開(kāi)關(guān)組件兩端的電壓呈階梯式下降，電壓呈階梯式上升和階梯式下降減少了開(kāi)關(guān)組件兩端電壓的變化率，顯著降低了開(kāi)關(guān)組件中的元器件的要求。

進(jìn)一步地，半橋有源箝位單元包括一個(gè)包含反并聯(lián)二極管的主開(kāi)關(guān)管、一個(gè)包含反并聯(lián)二極管的箝位開(kāi)關(guān)管和一個(gè)有極性的箝位電容；

主開(kāi)關(guān)管的漏極與箝位開(kāi)關(guān)管的源極連接，箝位開(kāi)關(guān)管的漏極與箝位電容的正極連接，箝位電容的負(fù)極與主開(kāi)關(guān)管的源極連接；主開(kāi)關(guān)管的漏極作為半橋有源箝位單元的正極性端，主開(kāi)關(guān)管的源極作為半橋有源箝位單元的負(fù)極性端；

主開(kāi)關(guān)管和箝位開(kāi)關(guān)管互補(bǔ)工作，用于控制開(kāi)關(guān)組件在導(dǎo)通狀態(tài)與斷開(kāi)狀態(tài)切換；

箝位電容用于儲(chǔ)存電荷，使開(kāi)關(guān)組件在斷開(kāi)時(shí)兩端電壓不為零。

正常運(yùn)行時(shí)，主開(kāi)關(guān)管和箝位開(kāi)關(guān)管互補(bǔ)工作。當(dāng)主開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通而箝位開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)，半橋有源箝位單元處于導(dǎo)通狀態(tài)，其端口電壓等于零；當(dāng)主開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)而箝位開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，半橋有源箝位單元處于箝位狀態(tài)，端口電壓等于箝位電容電壓。

作為本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了模塊化多電平DC/DC變換器，通過(guò)用開(kāi)關(guān)組件替換DC/DC變換器中的單功率管而得到。

當(dāng)模塊化多電平DC/DC變換器工作時(shí)，開(kāi)關(guān)組件由閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)化到斷開(kāi)狀態(tài)、開(kāi)關(guān)組件由斷開(kāi)狀態(tài)轉(zhuǎn)化到閉合狀態(tài)或者開(kāi)關(guān)組件狀態(tài)保持不變。當(dāng)開(kāi)關(guān)組件由閉合狀態(tài)向斷開(kāi)狀態(tài)變化時(shí)，依次逐個(gè)使每個(gè)半橋有源箝位單元由導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)轶槲粻顟B(tài)，開(kāi)關(guān)組件兩端的電壓呈階梯式上升；當(dāng)開(kāi)關(guān)組件由斷開(kāi)狀態(tài)向閉合狀態(tài)變換時(shí)，可以依次逐個(gè)使每個(gè)半橋有源箝位單元由箝位狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，開(kāi)關(guān)組件兩端的電壓呈階梯式下降；當(dāng)開(kāi)關(guān)組件狀態(tài)保持不變，半橋有源箝位單位狀態(tài)保持不變；通過(guò)讓開(kāi)關(guān)組件兩端的電壓呈階梯上升或階梯下降，實(shí)現(xiàn)減少了開(kāi)關(guān)組件兩端電壓的變化率，顯著降低了開(kāi)關(guān)組件中的元器件的要求。

另外，由于半橋有源箝位單元中箝位電容僅僅在開(kāi)關(guān)組件狀態(tài)變化過(guò)程中參與能量變化，開(kāi)關(guān)組件狀態(tài)變化時(shí)間很短，使得箝位電容參與能量轉(zhuǎn)化的時(shí)間很少，越少參與能量變換，其電壓的波動(dòng)就越小，那么為了保證其電壓波動(dòng)在一定范圍內(nèi)所需的箝位電容的大小就越小，降低了箝位電容的容值的要求。

作為本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了模塊化多電平DC/DC變換器的調(diào)制方法，包括如下步驟：

(1)若模塊化多電平DC/DC變換器中第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件由閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)化到斷開(kāi)狀態(tài)，則逐個(gè)箝位第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件中N_cell個(gè)半橋有源箝位單元，否則進(jìn)入步驟(2)；

(2)若模塊化多電平DC/DC變換器中第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件由斷開(kāi)狀態(tài)化到閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)，則逐個(gè)導(dǎo)通第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件中N_cell個(gè)半橋有源箝位單元，否則進(jìn)入步驟(3)；

(3)保持第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件中的半橋有源箝位單元的狀態(tài)；

其中，1<j<M，M為模塊化多電平DC/DC變換器中開(kāi)關(guān)組件的數(shù)量。

當(dāng)開(kāi)關(guān)組件由閉合狀態(tài)向斷開(kāi)狀態(tài)變化時(shí)，依次逐個(gè)使每個(gè)半橋有源箝位單元由導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)轶槲粻顟B(tài)，開(kāi)關(guān)組件兩端的電壓呈階梯式上升，當(dāng)開(kāi)關(guān)組件由開(kāi)關(guān)狀態(tài)向閉合狀態(tài)變換時(shí)，可以依次逐個(gè)使每個(gè)半橋有源箝位單元由箝位狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，開(kāi)關(guān)組件兩端的電壓呈階梯式下降，通過(guò)讓電壓呈階梯式上升或階梯式下降，實(shí)現(xiàn)減少了開(kāi)關(guān)組件兩端電壓的變化率，降低對(duì)開(kāi)關(guān)組件中的元器件的要求。

另外，由于半橋有源箝位單元中箝位電容僅僅在開(kāi)關(guān)組件狀態(tài)變化過(guò)程中參與能量變化，開(kāi)關(guān)組件狀態(tài)變化時(shí)間很短，使得箝位電容參與能量轉(zhuǎn)化的時(shí)間很少，越少參與能量變換，其電壓的波動(dòng)就越小，那么為了保證其電壓波動(dòng)在一定范圍內(nèi)所需的箝位電容的大小就越小。

進(jìn)一步地，調(diào)制方法的步驟(1)中逐個(gè)箝位所述第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件中N_cell個(gè)半橋有源箝位單元，包括如下步驟：

(11)若j個(gè)開(kāi)關(guān)組件的電流對(duì)處于箝位狀態(tài)的半橋有源箝位單元中箝位電容充電，則所有處于導(dǎo)通狀態(tài)的半橋有源箝位單元的箝位電容電壓中最低箝位電容電壓對(duì)應(yīng)的半橋有源箝位單元會(huì)被切換到箝位狀態(tài)，否則，進(jìn)入步驟(12)；

(12)若j個(gè)開(kāi)關(guān)組件的電流對(duì)處于箝位狀態(tài)的半橋有源箝位單元中箝位電容放電，則所有處于導(dǎo)通狀態(tài)的半橋有源箝位單元的箝位電容電壓的最高箝位電容電壓對(duì)應(yīng)的半橋有源箝位單元會(huì)被切換到箝位狀態(tài)；

(13)判斷第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件中所有半橋有源箝位單元是否處于箝位狀態(tài)，若是則進(jìn)入步驟(3)，否則進(jìn)入步驟(11)；

其中，1<j<M，M為模塊化多電平DC/DC變換器中開(kāi)關(guān)組件的數(shù)量。

當(dāng)開(kāi)關(guān)組件由閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)化到斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)，需要對(duì)開(kāi)關(guān)組件中的處于導(dǎo)通狀態(tài)的半橋有源箝位單元逐個(gè)箝位，若此時(shí)開(kāi)關(guān)組件的電流是對(duì)箝位電容進(jìn)行充電，則將電壓最低的箝位電容對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)組件轉(zhuǎn)化到箝位狀態(tài)，讓該電壓最低的箝位電容先參與能量轉(zhuǎn)化，提高電壓最低的箝位電容的電壓，若此時(shí)開(kāi)關(guān)組件中的電流是對(duì)箝位電容進(jìn)行放電，則讓電壓最高的箝位電容對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)組件轉(zhuǎn)化到箝位狀態(tài)，讓電壓最高的箝位電容先參與能量轉(zhuǎn)化，降低電壓最高的箝位電容的電壓，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)DC/DC變換器中箝位電容電壓的均衡。

進(jìn)一步地，調(diào)制方法中步驟(2)中逐個(gè)導(dǎo)通所述第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件中N_cell個(gè)半橋有源箝位單元，包括如下步驟：

(11)若j個(gè)開(kāi)關(guān)組件的電流對(duì)處于箝位狀態(tài)的半橋有源箝位單元中箝位電容充電，則所有處于箝位狀態(tài)的半橋有源箝位單元的箝位電容電壓中最高箝位電容對(duì)應(yīng)的半橋有源箝位單元會(huì)被切換到導(dǎo)通狀態(tài)，否則，進(jìn)入步驟(12)；

(12)若j個(gè)開(kāi)關(guān)組件的電流對(duì)處于箝位狀態(tài)的半橋有源箝位單元中箝位電容放電，則所有處于箝位狀態(tài)的半橋有源箝位單元的箝位電容電壓中最低箝位電容對(duì)應(yīng)的半橋有源箝位單元會(huì)被切換到導(dǎo)通狀態(tài)，并進(jìn)入步驟(13)；

(13)判斷第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件中所有半橋有源箝位單元是否處于導(dǎo)通狀態(tài)，若是則進(jìn)入步驟(3)，否則進(jìn)入步驟(11)；

其中，1<j<M，M為模塊化多電平DC/DC變換器中開(kāi)關(guān)組件的數(shù)量。

當(dāng)開(kāi)關(guān)組件由斷開(kāi)狀態(tài)轉(zhuǎn)化到閉合狀態(tài)時(shí)，需要對(duì)開(kāi)關(guān)組件中的處于箝位狀態(tài)的半橋有源箝位單元逐個(gè)導(dǎo)通，若此時(shí)開(kāi)關(guān)組件的電流是對(duì)箝位電容進(jìn)行充電，則將電壓最高的箝位電容對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)組件轉(zhuǎn)化到導(dǎo)通狀態(tài)，讓該電壓最高的箝位電容先結(jié)束能量轉(zhuǎn)化，讓電壓低的箝位電容繼續(xù)參與能量轉(zhuǎn)化，提高電壓較低的箝位電容的電壓，若此時(shí)開(kāi)關(guān)組件中的電流是對(duì)箝位電容進(jìn)行放電，則讓電壓最低的箝位電容對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)組件轉(zhuǎn)化到導(dǎo)通狀態(tài)，讓電壓最低的箝位電容先結(jié)束能量轉(zhuǎn)化，電壓較高的箝位電容繼續(xù)參與能量轉(zhuǎn)化，降低電壓較高的箝位電容的電壓，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)DC/DC變換器中箝位電容電壓的均衡。

作為本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了模塊化多電平DC/DC變換器的箝位電容電壓的平衡方法，包括如下步驟：

(1)若模塊化多電平DC/DC變換器中第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件由閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)化到斷開(kāi)狀態(tài)，則根據(jù)第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件中所有處于導(dǎo)通狀態(tài)的半橋有源箝位單元的箝位電容電壓的大小以及第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件電流的方向確定第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件中所有處于導(dǎo)通狀態(tài)的半橋有源箝位單元轉(zhuǎn)化為箝位狀態(tài)的順序，并進(jìn)入步驟(3)，否則進(jìn)入步驟(2)；

(2)若模塊化多電平DC/DC變換器中第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件由斷開(kāi)狀態(tài)化到閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)，則根據(jù)第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件中所有處于箝位狀態(tài)的半橋有源箝位單元的箝位電容的電壓的大小以及第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件的電流的方向確定第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件中所有處于箝位狀態(tài)的半橋有源箝位單元的轉(zhuǎn)化為導(dǎo)通狀態(tài)的順序，并進(jìn)入步驟(3)；

(3)保持第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件中的半橋有源箝位單元的狀態(tài)；

其中，1<j<M，M為模塊化多電平DC/DC變換器中開(kāi)關(guān)組件的數(shù)量。

對(duì)第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件中所有處于導(dǎo)通狀態(tài)的半橋有源箝位單元的箝位電容的電壓的大小進(jìn)行排序，并根據(jù)第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件的電流的方向，確定第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件中處于導(dǎo)通狀態(tài)的半橋有源箝位單元的箝位時(shí)刻；對(duì)第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件中所有處于箝位狀態(tài)的半橋有源箝位單元的箝位電容的電壓的大小進(jìn)行排序，并根據(jù)第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件的電流的方向，確定j個(gè)單元鏈中處于箝位狀態(tài)的半橋有源箝位單元的導(dǎo)通時(shí)刻，控制半橋有源箝位單位元中箝位電容參與能量轉(zhuǎn)換的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)各個(gè)箝位電容電壓的均衡。

進(jìn)一步的，本發(fā)明提供的模塊化多電平DC/DC變換器的箝位電容電壓的平衡方法中，步驟(1)中包括如下步驟：

(11)對(duì)第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件的電流采樣，若第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件電流會(huì)對(duì)處于箝位狀態(tài)的半橋有源箝位單元中箝位電容進(jìn)行充電，則所有處于導(dǎo)通狀態(tài)的半橋有源箝位單元的箝位電容電壓中最低箝位電容電壓對(duì)應(yīng)的半橋有源箝位單元會(huì)被選中箝位，否則進(jìn)入步驟(12)；

(12)若第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件電流會(huì)對(duì)處于箝位狀態(tài)的半橋有源箝位單元中箝位電容進(jìn)行放電，則所有處于導(dǎo)通狀態(tài)的半橋有源箝位單元的箝位電容電壓中最高箝位電容電壓對(duì)應(yīng)的半橋有源箝位單元會(huì)被選中箝位，進(jìn)入步驟(13)；

(13)判斷第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件中所有半橋有源箝位單元是否處于箝位狀態(tài)，若是則進(jìn)入步驟(3)，否則進(jìn)入步驟(11)；

其中，1<j<M，M為模塊化多電平DC/DC變換器中開(kāi)關(guān)組件的數(shù)量。

當(dāng)開(kāi)關(guān)組件由閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)化到斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)，需要對(duì)開(kāi)關(guān)組件中的處于導(dǎo)通狀態(tài)的半橋有源箝位單元逐個(gè)箝位，若此時(shí)開(kāi)關(guān)組件的電流是對(duì)箝位電容進(jìn)行充電，則將電壓最低的箝位電容對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)組件轉(zhuǎn)化到箝位狀態(tài)，讓該電壓最低的箝位電容先參與能量轉(zhuǎn)化，提高電壓最低的箝位電容的電壓，若此時(shí)開(kāi)關(guān)組件中的電流是對(duì)箝位電容進(jìn)行放電，則讓電壓最高的箝位電容對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)組件轉(zhuǎn)化到箝位狀態(tài)，讓電壓最高的箝位電容先參與能量轉(zhuǎn)化，降低電壓最高的箝位電容的電壓，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)DC/DC變換器中箝位電容電壓的均衡。

進(jìn)一步的，本發(fā)明提供的模塊化多電平DC/DC變換器的箝位電容電壓的平衡方法中，步驟(2)中包括如下步驟：

(21)對(duì)第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件的電流采樣，若第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件電流會(huì)對(duì)處于箝位狀態(tài)的半橋有源箝位單元中箝位電容進(jìn)行充電，則所有處于箝位狀態(tài)半橋有源箝位單元中的箝位電容的電壓最高的對(duì)應(yīng)的半橋有源箝位單元會(huì)被選中導(dǎo)通，否則進(jìn)入步驟(22)；

(22)若第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件電流會(huì)對(duì)處于箝位狀態(tài)的半橋有源箝位單元中箝位電容進(jìn)行放電，則所有處于導(dǎo)通狀態(tài)的半橋有源箝位單元的箝位電容電壓中最低箝位電容電壓對(duì)應(yīng)的半橋有源箝位單元會(huì)被選中導(dǎo)通；

(23)判斷第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件中所有半橋有源箝位單元是否處于導(dǎo)通狀態(tài)，若是則進(jìn)入步驟(3)，否則進(jìn)入步驟(21)；

其中，1<j<M，M為模塊化多電平DC/DC變換器中開(kāi)關(guān)組件的數(shù)量。

當(dāng)開(kāi)關(guān)組件由斷開(kāi)狀態(tài)轉(zhuǎn)化到閉合狀態(tài)時(shí)，需要對(duì)開(kāi)關(guān)組件中的處于箝位狀態(tài)的半橋有源箝位單元逐個(gè)導(dǎo)通，若此時(shí)開(kāi)關(guān)組件的電流是對(duì)箝位電容進(jìn)行充電，則將電壓最高的箝位電容對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)組件轉(zhuǎn)化到導(dǎo)通狀態(tài)，讓該電壓最高的箝位電容先結(jié)束能量轉(zhuǎn)化，讓電壓低的箝位電容繼續(xù)參與能量轉(zhuǎn)化，提高電壓較低的箝位電容的電壓，若此時(shí)開(kāi)關(guān)組件中的電流是對(duì)箝位電容進(jìn)行放電，則讓電壓最低的箝位電容對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)組件轉(zhuǎn)化到導(dǎo)通狀態(tài)，讓電壓最低的箝位電容先結(jié)束能量轉(zhuǎn)化，電壓較高的箝位電容繼續(xù)參與能量轉(zhuǎn)化，降低電壓較高的箝位電容的電壓，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)DC/DC變換器中箝位電容電壓的均衡。

通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得以下有益效果：

1、本發(fā)明提供了開(kāi)關(guān)組件，該開(kāi)關(guān)組件中包含有N_cell個(gè)半橋有源箝位單元，當(dāng)所有半橋有源箝位單元處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，開(kāi)關(guān)組件兩端的電壓為零，開(kāi)關(guān)組件處于閉合狀態(tài)，當(dāng)所有半橋有源箝位單元處于箝位狀態(tài)時(shí)，開(kāi)關(guān)組件兩端的電壓為N_cell×v_Cc，v_Cc為每個(gè)半橋有源箝位單元兩端的電壓，開(kāi)關(guān)組件處于斷開(kāi)狀態(tài)，當(dāng)開(kāi)關(guān)組件由閉合狀態(tài)變成斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)，通過(guò)逐個(gè)將半橋有源箝位單元由導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)轶槲粻顟B(tài)，使得開(kāi)關(guān)組件兩端的電壓呈階梯變化，當(dāng)開(kāi)關(guān)組件由斷開(kāi)狀態(tài)變成閉合狀態(tài)時(shí)，通過(guò)逐個(gè)將半橋有源箝位單元由箝位狀態(tài)變成導(dǎo)通狀態(tài)，使得開(kāi)關(guān)組件兩端的電壓呈階梯下降，通過(guò)電壓呈階梯下降或階梯上升降低了開(kāi)關(guān)組件兩端電壓變化率，對(duì)開(kāi)關(guān)組件中的元件要求降低。

2、本發(fā)明提供了模塊化多電平DC/DC變換器，該模塊化多電平DC/DC變換器是由開(kāi)關(guān)組件替換現(xiàn)有的DC/DC變換器，當(dāng)模塊化多電平DC/DC變換器工作時(shí)，通過(guò)逐個(gè)讓半橋有源箝位單元變換到導(dǎo)通狀態(tài)或箝位狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)在模塊化多電平DC/DC變換器中的開(kāi)關(guān)組件由閉合狀態(tài)變成斷開(kāi)狀態(tài)或由斷開(kāi)狀態(tài)變成閉合狀態(tài)，開(kāi)關(guān)組件兩端的電壓呈階梯式上升或階梯式下降，使得開(kāi)關(guān)組件兩端的電壓變化率降低，降低模塊化多電平DC/DC變換器中元器件要求。

3、本發(fā)明提供的模塊化多模塊DC/DC變換器的調(diào)制方法，當(dāng)模塊化多電平DC/DC變換器工作時(shí)，通過(guò)逐個(gè)將半橋有源箝位單元由導(dǎo)通狀態(tài)變成箝位狀態(tài)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)組件由閉合狀態(tài)變成斷開(kāi)狀態(tài)，此時(shí)開(kāi)關(guān)組件兩端的電壓呈階梯式上升，通過(guò)逐個(gè)將半橋有源箝位單元由箝位狀態(tài)實(shí)變成導(dǎo)通狀態(tài)現(xiàn)開(kāi)關(guān)組件由斷開(kāi)狀態(tài)變成閉合狀態(tài)，此時(shí)開(kāi)關(guān)組件兩端的電壓呈階梯式下降，降低了開(kāi)關(guān)組件兩端的電壓變化率，降低了開(kāi)關(guān)組件對(duì)元器件的要求。

4、本發(fā)明提供的模塊化DC/DC變換器的箝位電容電壓的平衡方法，根據(jù)開(kāi)關(guān)組件的電流方向以及箝位電容電壓大小確定半橋有源箝位單元的導(dǎo)通順序，若開(kāi)關(guān)組件中電流對(duì)箝位電容充電，則將箝位電容電壓最低對(duì)應(yīng)的半橋有源箝位單元切換至箝位狀態(tài)或保持箝位狀態(tài)，讓箝位電容中電壓提升，若開(kāi)關(guān)組件中電流對(duì)箝位電容放電，則將箝位電容電壓最低對(duì)應(yīng)的半橋有源箝位單元切換至導(dǎo)通狀態(tài)或保持導(dǎo)通狀態(tài)，讓箝位電容電壓最低的箝位電容結(jié)束能量交換，讓箝位電容電壓高的箝位電容進(jìn)行能量交換使箝位電容的電壓下降，實(shí)現(xiàn)電容電壓的平衡。

附圖說(shuō)明

當(dāng)前發(fā)明的以上以及其他目的、特征和優(yōu)勢(shì)，將會(huì)通過(guò)當(dāng)前發(fā)明的實(shí)施例的圖示性與非限制性描述得到更好的理解。其中：

圖1為本發(fā)明提供的開(kāi)關(guān)組件的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明提供的開(kāi)關(guān)組件中半橋有源箝位單元結(jié)構(gòu)圖；

圖3A為本發(fā)明提供的非隔離型模塊化多電平DC/DC變換器中的buck/boost模塊化多電平DC/DC變換器；

圖3B為本發(fā)明提供的非隔離型模塊化多電平DC/DC變換器中的buck-boost模塊化多電平DC/DC變換器；

圖3C為本發(fā)明提供的非隔離型模塊化多電平DC/DC變換器中的Cuk模塊化多電平DC/DC變換器；

圖3D為本發(fā)明提供的非隔離型模塊化多電平DC/DC變換器中的Zeta/SEPIC模塊化多電平DC/DC變換器；

圖3E為本發(fā)明提供的非隔離型模塊化多電平DC/DC變換器中的Non-inverting buck/boost模塊化多電平DC/DC變換器；

圖4A為本發(fā)明提供的隔離型模塊化多電平DC/DC變換器中的正激模塊化多電平DC/DC變換器；

圖4B為本發(fā)明提供的隔離型模塊化多電平DC/DC變換器中的反激模塊化多電平DC/DC變換器；

圖4C為本發(fā)明提供的隔離型模塊化多電平DC/DC變換器中的推挽模塊化多電平DC/DC變換器；

圖4D為本發(fā)明提供的隔離型模塊化多電平DC/DC變換器中的LLC諧振模塊化多電平DC/DC變換器；

圖4E為本發(fā)明提供的隔離型模塊化多電平DC/DC變換器中的雙有源橋模塊化多電平DC/DC變換器；

圖5為重繪的buck/boost模塊化多電平DC/DC變化器的電路圖；

圖6為buck/boost模塊化多電平DC/DC變換器的第一單元鏈端口電壓v_cl1的調(diào)制波、第一單元鏈端口電壓v_cl2的調(diào)制波及其放大顯示的電壓變化過(guò)程；

圖7為buck/boost模塊化多電平DC/DC變換器的穩(wěn)態(tài)工作波形；

圖8A為第一單元鏈中的半橋有源箝位單元在處于導(dǎo)通狀態(tài)且電流i_cl1>0時(shí)的工作情況；

圖8B為第一單元鏈中的半橋有源箝位單元在處于導(dǎo)通狀態(tài)且電流i_cl1<0時(shí)的工作情況；

圖8C為第一單元鏈中的半橋有源箝位單元在處于箝位狀態(tài)且電流i_cl1>0時(shí)的工作情況；

圖8D為第一單元鏈中的半橋有源箝位單元在處于箝位狀態(tài)且電流i_cl1<0時(shí)的工作情況；

圖9A為第二單元鏈中的半橋有源箝位單元在處于導(dǎo)通狀態(tài)且電流i_cl2>0時(shí)的工作情況；

圖9B為第二單元鏈中的半橋有源箝位單元在處于導(dǎo)通狀態(tài)且電流i_cl2<0時(shí)的工作情況；

圖9C為第二單元鏈中的半橋有源箝位單元在處于箝位狀態(tài)且電流i_cl2>0時(shí)的工作情況；

圖9D為第二單元鏈中的半橋有源箝位單元在處于箝位狀態(tài)且電流i_cl2<0時(shí)的工作情況；

圖10A為第一單元鏈端口電壓v_cl1或第二單元鏈端口電壓v_cl2上升過(guò)程中箝位電容電壓的平衡方法；

圖10B為第一單元鏈端口電壓v_cl1或第二單元鏈端口電壓v_cl2下降過(guò)程中箝位電容電壓的平衡方法。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明提供的開(kāi)關(guān)組件200包括一個(gè)單元鏈201和一個(gè)電感202，單元鏈201包括N_cell個(gè)依次串聯(lián)半橋有源箝位單元(HBACC，Half-Bridge Active Clamping Cell)，第i半橋有源箝位單元的負(fù)極性端與第i+1個(gè)半橋有源箝位單元的正極性端連接，其中，1<i<N_cell-1，半橋有源箝位單元有箝位狀態(tài)和導(dǎo)通狀態(tài)兩個(gè)工作狀態(tài)，當(dāng)半橋有源箝位單元位于箝位狀態(tài)，半橋有源箝位單元的兩端電壓為零，當(dāng)半橋有源箝位單元位于箝位狀態(tài)，半橋有源箝位單元的兩端電壓不為零；

第N_cell個(gè)半橋有源箝位單元的負(fù)極性端204與電感202一端連接，第1半橋有源箝位單元的正極性端203為開(kāi)關(guān)組件的正極性端，電感另一端為開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端；電感用于防止開(kāi)關(guān)組件出現(xiàn)純電壓源回路；

當(dāng)單元鏈201中N_cell個(gè)依次串聯(lián)半橋有源箝位單元均處于導(dǎo)通狀態(tài)，單元鏈兩端的電壓為零，又由于流過(guò)電感的電流變化率小，電感兩端電壓可以忽略，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)組件兩端的壓降為零，開(kāi)關(guān)組件處于閉合狀態(tài)，當(dāng)單元鏈201中N_cell個(gè)依次串聯(lián)半橋有源箝位單元處于箝位狀態(tài)時(shí)，每個(gè)半橋有源箝位單元兩端的電壓為v_Cc，則單元鏈兩端的電壓為N_cell×v_Cc，此時(shí)開(kāi)關(guān)組件處于斷開(kāi)狀態(tài)；當(dāng)開(kāi)關(guān)組件有閉合狀態(tài)向斷開(kāi)狀態(tài)變換時(shí)，可以依次組逐個(gè)使每個(gè)半橋有源箝位單元由導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)轶槲粻顟B(tài)，開(kāi)關(guān)組件兩端的電壓呈階梯式上升，當(dāng)開(kāi)關(guān)組件有斷開(kāi)狀態(tài)向閉合狀態(tài)變換時(shí)，可以依次組逐個(gè)使每個(gè)半橋有源箝位單元由箝位狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，開(kāi)關(guān)組件兩端的電壓呈階梯式下降，通過(guò)使開(kāi)關(guān)組件兩端電壓呈階梯式的上升或下降減少了開(kāi)關(guān)組件兩端電壓的變化率，降低開(kāi)關(guān)組件中的元器件的要求。

如圖2所示，本發(fā)明中提供的開(kāi)關(guān)組件中半橋有源箝位單元包括一個(gè)包含反并聯(lián)二極管的主開(kāi)關(guān)管T_m、一個(gè)包含反并聯(lián)二極管的箝位開(kāi)關(guān)管T_c和一個(gè)有極性的箝位電容C_c；主開(kāi)關(guān)管T_m源極與二極管D_m正極連接，主開(kāi)關(guān)管T_m漏極與二極管D_m負(fù)極連接，箝位開(kāi)關(guān)管T_c源極與二極管D_c正極連接，箝位開(kāi)關(guān)管T_c漏極與二極管D_c負(fù)極連接，主開(kāi)關(guān)管T_m的漏極與箝位開(kāi)關(guān)管T_c的源極連接，箝位開(kāi)關(guān)管T_c的漏極與箝位電容C_c的正極連接，箝位電容C_c的負(fù)極與主開(kāi)關(guān)管T_m的源極連接；主開(kāi)關(guān)管T_m的漏極作為半橋有源箝位單元的正極性端，主開(kāi)關(guān)管T_m的源極作為半橋有源箝位單元的負(fù)極性端。

正常運(yùn)行時(shí)，主開(kāi)關(guān)管T_m和箝位開(kāi)關(guān)管T_c互補(bǔ)工作，當(dāng)主開(kāi)關(guān)管T_m導(dǎo)通而箝位開(kāi)關(guān)管T_c關(guān)斷時(shí)，HABCC處于導(dǎo)通狀態(tài)，其端口電壓等于零；當(dāng)主開(kāi)關(guān)管T_m關(guān)斷而箝位開(kāi)關(guān)管T_c導(dǎo)通時(shí)，HABCC處于箝位狀態(tài)，端口電壓v_cell等于箝位電容電壓v_Cc。

本發(fā)明提供了模塊化多電平DC/DC變換器，通過(guò)用開(kāi)關(guān)組件替換DC/DC變換器中的單功率管而得到。

圖3A所示的buck/boost模塊化多電平DC/DC變換器301是由開(kāi)關(guān)組件200替換雙向buck/boost直流變換器中的兩個(gè)單功率管得到；第一開(kāi)關(guān)組件的正極性端為buck/boost模塊化多電平DC/DC變換器正輸入端，第一開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端與電感一端連接，電感另一端為buck/boost模塊化多電平DC/DC變換器的正輸出端，第二開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端與第一開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端連接，第二開(kāi)關(guān)組件的正極性端為buck/boost模塊化多電平DC/DC變換器負(fù)輸入端。

圖3B所示的buck-boost模塊化多電平DC/DC變換器302是由開(kāi)關(guān)組件200替換雙向buck-boost直流變換器中的兩個(gè)單功率管得到，第一開(kāi)關(guān)組件的正極性端為buck-boost模塊化多電平DC/DC變換器的正輸入端，第一開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端與電感的一端連接，電感的另一端為buck-boost模塊化多電平DC/DC變換器的負(fù)輸入端，第二開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端連接與第一開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端連接，第二開(kāi)關(guān)組件的正極性端為buck-boost模塊化多電平DC/DC變換器正輸出端。

圖3C所示的Cuk模塊化多電平DC/DC變換器303是由開(kāi)關(guān)組件200替換雙向Cuk直流變換器中的兩個(gè)單功率管得到；第一開(kāi)關(guān)組件的正極性端為Cuk模塊化多電平DC/DC變換器的負(fù)輸入端，第一開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端與第一電感一端連接，第一電感另一端為Cuk模塊化多電平DC/DC變換器的正輸入端，第二開(kāi)關(guān)組件的正極性端為Cuk模塊化多電平DC/DC變換器的負(fù)輸出端，第二開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端與第二電感一端連接，第二電感另一端為Cuk模塊化多電平DC/DC變換器的正輸出端。

圖3D所示的Zeta/SEPIC模塊化多電平DC/DC變換器304是由開(kāi)關(guān)組件200替換雙向Zeta/SEPIC直流變換器中的兩個(gè)單功率管得到，第一開(kāi)關(guān)組件的正極性端為Zeta/SEPIC模塊化多電平DC/DC變換器的正輸入端，第一開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端與第一電感一端連接，第一電感的另一端為Zeta/SEPIC模塊化多電平DC/DC變換器的負(fù)輸入端，第二開(kāi)關(guān)組件的正極性端為Zeta/SEPIC模塊化多電平DC/DC變換器的負(fù)輸出端，第二開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端與第二電感一端連接，第二電感的另一端為Zeta/SEPIC模塊化多電平DC/DC變換器的正輸出端。

圖3E所示的Non-inverting buck-boost模塊化多電平DC/DC變換器305是由開(kāi)關(guān)組件(200)替換雙向Zeta/SEPIC直流變換器中的四個(gè)單功率管得到，第一開(kāi)關(guān)組件的正極性端為Non-inverting buck-boost模塊化多電平DC/DC變換器的正輸入端，第一開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端與電感的一端連接，第二開(kāi)關(guān)組件的正極性端為Non-inverting buck-boost模塊化多電平DC/DC變換器的負(fù)輸入端，第二開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端與第一開(kāi)關(guān)組件的正極性端連接，第三開(kāi)關(guān)組件的正極性端為Non-inverting buck-boost模塊化多電平DC/DC變換器的負(fù)輸出端，第三開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端與電感的另一端連接，第四開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端與第三開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端連接，第四開(kāi)關(guān)組件的正極性端為Non-inverting buck-boost模塊化多電平DC/DC變換器的正輸出端。

值得注意的是，上述所列舉的buck/boost模塊化多電平DC/DC變換器301、buck-boost模塊化多電平DC/DC變換器302、Cuk模塊化多電平DC/DC變換器303、Zeta/SEPIC模塊化多電平DC/DC變換器304以及Non-inverting buck-boost模塊化多電平DC/DC變換器305，僅僅是非隔離型模塊化多電平DC/DC變換器的一小部分，而不是全部。本發(fā)明涵蓋所有由開(kāi)關(guān)組件200替換已知非隔離型DC/DC拓?fù)渲械膯喂β使芏玫降淖儞Q器拓?fù)?，它們都屬于非隔離模塊化多電平DC/DC變換器，替換的單功率管數(shù)量可能是一個(gè)或多個(gè)。

圖4A所示的正激模塊化多電平DC/DC變換器401是由開(kāi)關(guān)組件200替換雙向正激直流變換器中的單功率管得到，第一開(kāi)關(guān)組件的正極性端為正激模塊化多電平DC/DC變換器的負(fù)輸入端，第一開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端與變壓器的第一原邊一端連接，變壓器的第一原邊的另一端為正激模塊化多電平DC/DC變換器的正輸入端，第二開(kāi)關(guān)組件的正極性端與第一開(kāi)關(guān)組件的正極性端連接，第二開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端與變壓器的第二原邊的一端連接，變壓器的第二原邊的另一端與變壓器的第一原邊的另一端連接，第三開(kāi)關(guān)組件的正極性端與變壓器副邊的一端連接，第三開(kāi)關(guān)組件與電感一端連接，電感另一端與正激模塊化多電平DC/DC變換器的正輸出端連接，第四開(kāi)關(guān)組件的正極性端為正激模塊化多電平DC/DC變換器的負(fù)輸出端連接，第四開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端與第三開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端連接。

圖4B所示的反激模塊化多電平DC/DC變換器402是由開(kāi)關(guān)組件200替換雙向反激直流變換器中的兩個(gè)單功率管得到，第一開(kāi)關(guān)組件的正極性端為反激模塊化多電平DC/DC變換器的負(fù)輸入端，第一開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端與變壓器原邊的一端連接，變壓器原邊的另一端為反激模塊化多電平DC/DC變換器的正輸入端，第二開(kāi)關(guān)組件的正極性端為反激模塊化多電平DC/DC變換器的負(fù)輸出端，第二開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端與變壓器副邊的一端連接，變壓器副邊的另一端為反激模塊化多電平DC/DC變換器的正輸出端。

圖4C所示的推挽模塊化多電平DC/DC變換器403是由開(kāi)關(guān)組件200替換雙向推挽直流變換器中的單功率管得到，第一開(kāi)關(guān)組件的正極性端為推挽模塊化多電平DC/DC變換器正輸入端，第一開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端與第一變壓器的原邊一端連接，第二開(kāi)關(guān)組件的正極性端與第一開(kāi)關(guān)組件的正極性端連接，第二開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端與第二變壓器的原邊一端連接，第一變壓器原邊的另一端和第二變壓器原邊的另一端連接，構(gòu)成推挽模塊化多電平DC/DC變換器負(fù)輸入端；第三開(kāi)關(guān)組件的正極性端與電感一端連接，電感另一端為推挽模塊化多電平DC/DC變換器正輸出端，第三開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端與第一變壓器的副邊一端連接，第四開(kāi)關(guān)組件的正極性端與第三開(kāi)關(guān)組件的正極性端連接，第四開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端與第二變壓器的副邊一端連接，第一變壓器副邊的另一端和第二變壓器副邊的另一端連接，構(gòu)成推挽模塊化多電平DC/DC變換器負(fù)輸出端。

圖4D所示的LLC諧振模塊化多電平DC/DC變換器404是由開(kāi)關(guān)組件200替換雙向LLC諧振直流變換器中的單功率管得到，第一開(kāi)關(guān)組件的正極性端為雙有源橋模塊化多電平DC/DC變換器的正輸入端，第一開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端與變壓器原邊一端連接，第二開(kāi)關(guān)組件的正極性端與第一開(kāi)關(guān)組件的正極性端連接，第二開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端與變壓器原邊另一端連接，第三開(kāi)關(guān)組件的正極性端為雙有源橋模塊化多電平DC/DC變換器的負(fù)輸入端，第三開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端與第一開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端連接，第四開(kāi)關(guān)組件的正極性端與第三開(kāi)關(guān)組件的正極性端連接，第四開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端與第二開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端連接，第五開(kāi)關(guān)組件正極性端與第六開(kāi)關(guān)組件正極性端連接，第五開(kāi)關(guān)組件的正極性端為雙有源橋模塊化多電平DC/DC變換器的正輸出端，第五開(kāi)關(guān)組件負(fù)極性端與變壓器副邊一端連接，第七開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端與第五開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端連接，第八開(kāi)關(guān)組件負(fù)極性端與變壓器副邊另一端連接，第八開(kāi)管組件正極性端為雙有源橋模塊化多電平DC/DC變換器的負(fù)輸出端，第七開(kāi)關(guān)組件的正極性端與第八開(kāi)關(guān)組件的正極性端連接，第八開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端與第六開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端連接，第八開(kāi)關(guān)組件的正極性端為雙有源橋模塊化多電平DC/DC變換器的負(fù)輸出端。

圖4E所示的雙有源橋(Dual Active Bridge,DAB)模塊化多電平DC/DC變換器405是由開(kāi)關(guān)組件200替換雙有源橋直流變換器中的八個(gè)單功率管得到，第一開(kāi)關(guān)組件的正極性端為雙有源橋模塊化多電平DC/DC變換器的正輸入端，第一開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端與變壓器原邊一端連接，第二開(kāi)關(guān)組件的正極性端與第一開(kāi)關(guān)組件的正極性端連接，第二開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端與電感一端連接，電感另一端與變壓器原邊另一端連接，第三開(kāi)關(guān)組件的正極性端為雙有源橋模塊化多電平DC/DC變換器的負(fù)輸入端，第三開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端與第一開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端連接，第四開(kāi)關(guān)組件的正極性端與第三開(kāi)關(guān)組件的正極性端連接，第四開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端與第二開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端連接，第五開(kāi)關(guān)組件正極性端與第六開(kāi)關(guān)組件正極性端連接，第五開(kāi)關(guān)組件的正極性端為雙有源橋模塊化多電平DC/DC變換器的正輸出端，第五開(kāi)關(guān)組件負(fù)極性端與變壓器副邊一端連接，第七開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端與第五開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端連接，第八開(kāi)關(guān)組件負(fù)極性端與變壓器副邊另一端連接，第八開(kāi)管組件正極性端為雙有源橋模塊化多電平DC/DC變換器的負(fù)輸出端，第七開(kāi)關(guān)組件的正極性端與第八開(kāi)關(guān)組件的正極性端連接，第八開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端與第六開(kāi)關(guān)組件的負(fù)極性端連接，第八開(kāi)關(guān)組件的正極性端為雙有源橋模塊化多電平DC/DC變換器的負(fù)輸出端。

值得注意的是，上述所列舉的正激模塊化多電平DC/DC變換器401、反激模塊化多電平DC/DC變換器402、推挽模塊化多電平DC/DC變換器403、LLC諧振模塊化多電平DC/DC變換器404以及雙有源橋模塊化多電平DC/DC變換器405僅僅是隔離型模塊化多電平DC/DC變換器的一小部分，而不是全部。本發(fā)明涵蓋所有由開(kāi)關(guān)組件200替換已知隔離型DC/DC拓?fù)渲械膯喂β使芏玫降淖儞Q器拓?fù)?，它們都屬于隔離型模塊化多電平DC/DC變換器，替換的單功率管數(shù)量可能是一個(gè)或多個(gè)。

當(dāng)模塊化多電平DC/DC變換器工作時(shí)，開(kāi)關(guān)組件由閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)化到斷開(kāi)狀態(tài)，開(kāi)關(guān)組件中的HABCC被逐個(gè)由導(dǎo)通狀態(tài)變化到箝位狀態(tài)，使得開(kāi)關(guān)組件兩端的電壓呈階梯式上升；開(kāi)關(guān)組件由斷開(kāi)狀態(tài)轉(zhuǎn)化到閉合狀態(tài)，開(kāi)關(guān)組件中的HABCC被逐個(gè)由箝位狀態(tài)變化到導(dǎo)通狀態(tài)，使得開(kāi)關(guān)組件兩端的電壓呈階梯式下降；開(kāi)關(guān)組件狀態(tài)保持不變，開(kāi)關(guān)組件中HABCC狀態(tài)保持不變；開(kāi)關(guān)組件兩端的電壓呈階梯式上升或階梯式下降，實(shí)現(xiàn)減少了開(kāi)關(guān)組件兩端電壓的變化率，對(duì)開(kāi)關(guān)組件中的元器件的要求降低。

以buck/boost模塊化多電平DC/DC變換器(Modular Multilevel DC/DC Converter,MMDCC)為例，對(duì)模塊化多電平DC/DC變換器性能進(jìn)行了分析，雖然圖3A已經(jīng)畫出了buck/boost MMDCC的總體電路圖，但是為了更全面地分析此變換器，其電路圖被重繪于圖5中，第一開(kāi)關(guān)組件包括第一單元鏈和電感L_c11，第一單元鏈中半橋有源箝位單元的結(jié)構(gòu)為圖2中提供的電氣結(jié)構(gòu)，第一開(kāi)關(guān)組件中等效阻尼R_cl1包括電感L_c11的等效串聯(lián)電阻、半橋有源箝位單元中開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通電阻以及箝位電容的等效串聯(lián)電阻，第二開(kāi)關(guān)組件包括第二單元鏈和電感L_c12，第二單元鏈中半橋有源箝位單元的結(jié)構(gòu)為圖2中提供的電氣結(jié)構(gòu)，第二開(kāi)關(guān)組件的等效阻尼R_cl2包括電感L_c12的等效串聯(lián)電阻、半橋有源箝位單元中開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通電阻以及箝位電容的等效串聯(lián)電阻。

根據(jù)圖5所示電路，當(dāng)?shù)诙_(kāi)關(guān)組件斷開(kāi)時(shí)，即第二開(kāi)關(guān)組件中所有半橋有源箝位單元全部處于箝位狀態(tài)時(shí)：

式中，v_cl2為第二單元鏈兩端的電壓，R_cl2為第二開(kāi)關(guān)組件的等效電阻，L_cl2為第二開(kāi)關(guān)組件中的電感，i_cl2為流過(guò)第二開(kāi)關(guān)組件的電流，v_L為濾波電感L兩端的電壓，V_dc2為buck/boost MMDCC的輸出電壓，由于等效阻尼R_cl2和電感L_cl2通常很小，它們兩端的電壓可以忽略，從而根據(jù)公式(1)可知，濾波電感L兩端電壓v_L的電壓變化率由第二單元鏈兩端的電壓v_cl2的電壓變化率決定。因此，當(dāng)?shù)诙卧渻啥说碾妷簐_cl2具有小電壓變化率時(shí)，v_L也具有小電壓變化率，非常有利于濾波電感L的設(shè)計(jì)與運(yùn)行。

考慮buck/boost MMDCC的直流等效電路，電感元件兩端的電壓為零。此時(shí)，公式(1)變?yōu)?/p>

v_{cl2_dc}-R_cl2i_{cl2_dc}-V_dc2＝0, (2)

其中，v_{cl2_dc}是第二單元鏈的兩端電壓v_cl2的直流分量，i_{cl2_dc}為第二開(kāi)關(guān)組件的電流i_cl2的直流分量。

且第二單元鏈的兩端電壓v_cl2的直流分量與buck/boost MMDCC的輸入電壓呈正比，即：

v_{cl2_dc}＝dV_dc1 (3)

由于第二開(kāi)關(guān)組件的等效阻尼R_cl2較小，故等效阻尼R_cl2上的直流壓降被忽略了。根據(jù)公式(2)和公式(3)，可得

V_dc2≈DV_dc1, (4)

從公式(4)可以看出，buck/boost MMDCC的電壓變換比和它對(duì)應(yīng)的單功率管未被替換的雙向buck/boost DC/DC變換器相同。這主要是由于除了前者所特有的階梯式電壓變化過(guò)程之外，兩個(gè)變換器的調(diào)制波形非常類似。實(shí)際上，這種相似性在各個(gè)MMDCC及其對(duì)應(yīng)的單功率管未被替換的DC/DC變換器之間普遍存在。

圖6(a)給出了buck/boost MMDCC的第一單元鏈端口電壓v_cl1的調(diào)制波形，圖6(b)給出了buck/boost MMDCC的第二單元鏈端口電壓v_cl2的調(diào)制波形，在第二單元鏈端口電壓v_cl2的電壓下降過(guò)程中，第二單元鏈中各HBACC被一個(gè)一個(gè)地導(dǎo)通。如圖6(c)所示，在每個(gè)臺(tái)階處，第二單元鏈端口電壓v_cl2的值減小一個(gè)箝位電容電壓。在第二單元鏈端口電壓v_cl2的電壓上升過(guò)程中，第二單元鏈中各HBACC被一個(gè)一個(gè)地箝位。在每個(gè)臺(tái)階處，第二單元鏈端口電壓v_cl2的值增加一個(gè)箝位電容電壓。通過(guò)這種安排，v_cl2具有階梯式的電壓變化過(guò)程，其電壓變化率大幅減小。正常運(yùn)行時(shí)，第二單元鏈中箝位電容的電壓會(huì)得到很好的平衡，其紋波可以忽略。

另外，由于半橋有源箝位單元中箝位電容參與能量轉(zhuǎn)化僅僅在于開(kāi)關(guān)組件狀態(tài)切換過(guò)程，使得箝位電容參與能量的時(shí)間很少，對(duì)于箝位電容來(lái)說(shuō)，越少參與能量變換，其電壓的波動(dòng)就越小，那么為了保證其電壓波動(dòng)在一定范圍內(nèi)所需的電容容值就越小。

本發(fā)明提供了模塊化多電平DC/DC變換器的調(diào)制方法，包括如下步驟：

(1)若模塊化多電平DC/DC變換器中第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件由閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)化到斷開(kāi)狀態(tài)，則逐個(gè)箝位第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件中N_cell個(gè)半橋有源箝位單元，否則進(jìn)入步驟(2)；其中，1<j<M，M為模塊化多電平DC/DC變換器中開(kāi)關(guān)組件的數(shù)量；

(2)若模塊化多電平DC/DC變換器中第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件由斷開(kāi)狀態(tài)化到閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)，則逐個(gè)導(dǎo)通第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件中N_cell個(gè)半橋有源箝位單元，否則進(jìn)入步驟(3)；

(3)保持第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件中的半橋有源箝位單元的狀態(tài)。

步驟(1)中依次逐個(gè)使每個(gè)半橋有源箝位單元由箝位狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，開(kāi)關(guān)組件兩端的電壓呈階梯式下降。步驟(2)中依次組逐個(gè)使每個(gè)半橋有源箝位單元由導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)轶槲粻顟B(tài)，開(kāi)關(guān)組件兩端的電壓呈階梯式上升。通過(guò)階梯式上升或階梯式下降實(shí)現(xiàn)減少了開(kāi)關(guān)組件兩端電壓的變化率，對(duì)開(kāi)關(guān)組件中的元器件的要求明顯降低。另外，由于半橋有源箝位單元中箝位電容參與能量轉(zhuǎn)化僅僅在于開(kāi)關(guān)組件狀態(tài)切換過(guò)程，使得箝位電容參與能量的時(shí)間很少，對(duì)于箝位電容來(lái)說(shuō)，越少參與能量變換，其電壓的波動(dòng)就越小，那么為了保證其電壓波動(dòng)在一定范圍內(nèi)所需的電容容值就越小。

本發(fā)明提供了模塊化多電平DC/DC變換器的箝位電容電壓的平衡方法，包括如下步驟：

(1)判斷模塊化多電平DC/DC變換器中第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件是否由閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)化到斷開(kāi)狀態(tài)，若是則執(zhí)行如下步驟，否則進(jìn)入步驟(2)；

(11)對(duì)第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件的電流采樣，若第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件的電流會(huì)對(duì)處于箝位狀態(tài)的半橋有源箝位單元中箝位電容進(jìn)行充電，則所有處于導(dǎo)通狀態(tài)的半橋有源箝位單元的箝位電容電壓中最低箝位電容電壓對(duì)應(yīng)的半橋有源箝位單元會(huì)被選中箝位，否則進(jìn)入步驟(12)；其中，1<j<M，M為模塊化多電平DC/DC變換器中開(kāi)關(guān)組件的數(shù)量；

(12)若電流會(huì)對(duì)處于箝位狀態(tài)的半橋有源箝位單元中箝位電容進(jìn)行放電，則所有處于導(dǎo)通狀態(tài)的半橋有源箝位單元的箝位電容電壓中最高箝位電容電壓的對(duì)應(yīng)的半橋有源箝位單元會(huì)被選中箝位；

(13)判斷第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件中所有半橋有源箝位單元是否處于箝位狀態(tài)，若是則進(jìn)入步驟(11)，否則進(jìn)入步驟(3)；

(2)判斷模塊化多電平DC/DC變換器中第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件是否由斷開(kāi)狀態(tài)化到閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)，若是則執(zhí)行如下步驟，否則進(jìn)入步驟(3)；

(21)對(duì)第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件的電流采樣，若第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件電流會(huì)對(duì)處于箝位狀態(tài)的半橋有源箝位單元的箝位電容進(jìn)行充電，則箝位電容電壓最高的半橋有源箝位單元會(huì)被選中導(dǎo)通，否則進(jìn)入步驟(22)；

(22)若第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件的電流會(huì)對(duì)處于箝位狀態(tài)的半橋有源箝位單元的箝位電容進(jìn)行放電，則所有處于導(dǎo)通狀態(tài)的半橋有源箝位單元的箝位電容電壓中最低箝位電容電壓的對(duì)應(yīng)的半橋有源箝位單元會(huì)被選中導(dǎo)通；

(23)判斷第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件中所有半橋有源箝位單元是否處于箝位狀態(tài)，若是則進(jìn)入步驟(21)，否則進(jìn)入步驟(3)；

(3)保持第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件中的半橋有源箝位單元的狀態(tài)。

當(dāng)開(kāi)關(guān)組件由閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)化到斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)，需要對(duì)開(kāi)關(guān)組件中的處于導(dǎo)通狀態(tài)的半橋有源箝位單元逐個(gè)箝位，若此時(shí)開(kāi)關(guān)組件的電流是對(duì)處于箝位狀態(tài)的半橋有源箝位單元中箝位電容進(jìn)行充電，則將箝位電容電壓最低的開(kāi)關(guān)組件轉(zhuǎn)化到箝位狀態(tài)，讓該電壓最低的箝位電容先參與能量轉(zhuǎn)化，提高電壓最低的箝位電容的電壓，若此時(shí)開(kāi)關(guān)組件中的電流是對(duì)箝位狀態(tài)的半橋有源箝位單元中箝位電容進(jìn)行放電，則讓電壓最高的箝位電容的開(kāi)關(guān)組件轉(zhuǎn)化到箝位狀態(tài)，讓電壓最高的箝位電容先參與能量轉(zhuǎn)化，降低電壓最高的箝位電容的電壓，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)DC/DC變換器中箝位電容電壓的均衡。

當(dāng)開(kāi)關(guān)組件由斷開(kāi)狀態(tài)轉(zhuǎn)化到閉合狀態(tài)時(shí)，需要對(duì)開(kāi)關(guān)組件中的處于箝位狀態(tài)的半橋有源箝位單元逐個(gè)導(dǎo)通，若此時(shí)開(kāi)關(guān)組件的電流是對(duì)處于箝位狀態(tài)的半橋有源箝位單元中箝位電容進(jìn)行充電，則將電壓最高的箝位電容的開(kāi)關(guān)組件轉(zhuǎn)化到導(dǎo)通狀態(tài)，讓該電壓最高的箝位電容先結(jié)束參與能量轉(zhuǎn)化，提高電壓最低的箝位電容的電壓，若此時(shí)開(kāi)關(guān)組件中的電流是對(duì)處于箝位狀態(tài)的半橋有源箝位單元中箝位電容進(jìn)行放電，則讓電壓最低的箝位電容對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)組件轉(zhuǎn)化到導(dǎo)通狀態(tài)，讓電壓較低的箝位電容繼續(xù)參與能量轉(zhuǎn)化，降低電壓最高的箝位電容的電壓，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)DC/DC變換器中箝位電容電壓的均衡。

上述模塊化多電平DC/DC變換器的箝位電容電壓的平衡方法，使得開(kāi)關(guān)組件兩端的電壓呈階梯式上升或呈階梯式下降，也可以作為模塊化多電平DC/DC變換器的調(diào)制方法，該模塊化多電平DC/DC變換器的箝位電容電壓的平衡方法既能夠平衡箝位電容的電壓，也能夠降低對(duì)模塊化多電平DC/DC變換器中開(kāi)關(guān)組件的要求。

以buck/boost的MMDCC為例描述本發(fā)明提供的調(diào)制方法和電容電壓平衡方法的具體實(shí)施方式。

圖7給出了buck/boost MMDCC的穩(wěn)態(tài)工作波形。當(dāng)由于濾波電感L一般較大，因此忽略了電感電流i_L的紋波。在(0,t_stair)區(qū)間內(nèi)，此時(shí)第一開(kāi)關(guān)組件中HABCC被一個(gè)一個(gè)的導(dǎo)通，第二開(kāi)關(guān)組件中HABCC被一個(gè)一個(gè)的箝位，第一單元鏈兩端的電壓v_cl1呈階梯減小而第二單元鏈兩端的電壓v_cl2呈階梯增大，使得第一開(kāi)關(guān)組件的電流i_cl1從0逐漸增大而第二開(kāi)關(guān)組件的電流i_cl2從I_L逐漸減小。在此過(guò)程中，電感L_cl1和第一單元鏈箝位狀態(tài)的HBACC的電容產(chǎn)生諧振，電感L_cl2和第二單元鏈中處于箝位狀態(tài)的HBACC的電容產(chǎn)生諧振，使第一開(kāi)關(guān)組件的電流i_cl1和第二開(kāi)關(guān)組件的電流i_cl2呈現(xiàn)振蕩。由于等效阻尼R_cl1和等效阻尼R_cl2的存在，第一開(kāi)關(guān)組件的電流i_cl1和第二開(kāi)關(guān)組件的電流i_cl2的振蕩會(huì)很快被阻尼掉，最終使第一開(kāi)關(guān)組件的電流i_cl1在t＝dT_sw前分別變?yōu)镮_L，第二開(kāi)關(guān)組件的電流i_cl2在t＝dT_sw前分別變?yōu)?。

在(dT_sw,dT_sw+t_stair)區(qū)間內(nèi)，此時(shí)第一開(kāi)關(guān)組件中HABCC被一個(gè)一個(gè)的箝位，第二開(kāi)關(guān)組件中HABCC被一個(gè)一個(gè)的導(dǎo)通，第一單元鏈兩端的電壓v_cl1呈階梯增大而第二單元鏈兩端的電壓v_cl2呈階梯減小，使得第一開(kāi)關(guān)組件的電流i_cl1從I_L逐漸減小而第二開(kāi)關(guān)組件的電流i_cl2從0逐漸增大。在此過(guò)程中，第一開(kāi)關(guān)組件的電流i_cl1和第二開(kāi)關(guān)組件的電流i_cl2同樣會(huì)呈現(xiàn)振蕩，且它們的振蕩同樣會(huì)很快被等效阻尼R_cl1和等效阻尼R_cl2阻尼掉，最終第一開(kāi)關(guān)組件的電流使i_cl1在t＝T_sw前分別變?yōu)?，第二開(kāi)關(guān)組件的電流i_cl2在t＝T_sw前分別變?yōu)镮_L。

本發(fā)明提供了buck/boost MMDCC的調(diào)制方法，包括如下步驟：

(1)若buck/boost MMDCC中第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件由閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)化到斷開(kāi)狀態(tài)，則逐個(gè)箝位第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件中N_cell個(gè)半橋有源箝位單元，否則進(jìn)入步驟(2)；其中，1<j<M，M為buck/boost MMDCC中開(kāi)關(guān)組件的數(shù)量；

(2)若buck/boost MMDCC中第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件由斷開(kāi)狀態(tài)化到閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)，則逐個(gè)導(dǎo)通第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件中N_cell個(gè)半橋有源箝位單元，否則進(jìn)入步驟(3)；

(3)保持第j個(gè)開(kāi)關(guān)組件中的半橋有源箝位單元的狀態(tài)。

步驟(1)中依次逐個(gè)使每個(gè)半橋有源箝位單元由箝位狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，開(kāi)關(guān)組件兩端的電壓呈階梯式下降。步驟(2)中依次逐個(gè)使每個(gè)半橋有源箝位單元由導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)轶槲粻顟B(tài)，開(kāi)關(guān)組件兩端的電壓呈階梯式上升。通過(guò)階梯式上升或階梯式下降減少了開(kāi)關(guān)組件兩端電壓的變化率，對(duì)開(kāi)關(guān)組件中的元器件的要求明顯降低。

由于箝位電容僅在很少的時(shí)間段內(nèi)才參與能量變換，因此很小的電容值就能滿足抑制電容電壓紋波的要求。以第一單元鏈為例，只有當(dāng)?shù)谝婚_(kāi)關(guān)組件的電流i_cl1和第一單元鏈的電壓v_cl1均不為零時(shí)，才代表有箝位電容被插入電路且有電流流過(guò)其上。參看圖7，第一開(kāi)關(guān)組件的電流i_cl1和第一單元鏈兩端的電壓v_cl1均不為零的時(shí)間段只有(0,t_stair)和t＝dT_sw之后的一小段時(shí)間。由于電壓變化過(guò)渡過(guò)程持續(xù)的時(shí)間通常不長(zhǎng)，因此第一開(kāi)關(guān)組件的電流i_cl1和第一單元鏈兩端的電壓v_cl1均不為零的時(shí)間較短，也即箝位電容參與能量變換的時(shí)間很少。對(duì)于一個(gè)電容來(lái)說(shuō)，越少參與能量變換，其電壓的波動(dòng)就越小，那么為了保證其電壓波動(dòng)在一定范圍內(nèi)所需的電容容值就越小。

正常運(yùn)行時(shí)，buck/boost MMDCC中各箝位電容的電壓需要平衡。對(duì)于第一單元鏈中的各HBACC，第一開(kāi)關(guān)組件的電流i_cl1>0表示電流流入每個(gè)HBACC而第一開(kāi)關(guān)組件的電流i_cl1<0表示電流流出HBACC。因此，對(duì)于第一單元鏈中的HBACC，如果它處于導(dǎo)通狀態(tài)，那么正的第一開(kāi)關(guān)組件的電流i_cl1會(huì)流經(jīng)主開(kāi)關(guān)管T_m1，如圖8A所示，實(shí)線部分為電流流經(jīng)路線，負(fù)的i_cl1會(huì)流經(jīng)二極管D_m1，如圖8B所示，實(shí)線部分為電流流經(jīng)路線。兩種情況下，箝位電容C_c1的電壓都保持不變。如果該HBACC處于箝位狀態(tài)，正的第一開(kāi)關(guān)組件的電流i_cl1會(huì)流經(jīng)箝位開(kāi)關(guān)管T_c1并對(duì)箝位電容C_c1充電，如圖8C所示，實(shí)線部分為電流流經(jīng)路線，負(fù)的第一開(kāi)關(guān)組件的電流i_cl1會(huì)流經(jīng)箝位開(kāi)關(guān)管上并聯(lián)的二極管D_c1并箝位電容對(duì)C_c1放電，如圖8D所示，實(shí)線部分為電流流經(jīng)路線。

對(duì)于第二單元鏈中的各HBACC，第二開(kāi)關(guān)組件的電流i_cl2>0表示電流流出它們而第二開(kāi)關(guān)組件的電流i_cl2<0表示電流流入它們。因此，對(duì)于第二單元鏈中的HBACC，如果它處于導(dǎo)通狀態(tài)，那么正的第二開(kāi)關(guān)組件的電流i_cl2會(huì)流經(jīng)二極管D_m1，如圖9A，實(shí)線部分為電流流經(jīng)路線，負(fù)的第二開(kāi)關(guān)組件的電流i_cl2會(huì)流經(jīng)主開(kāi)關(guān)管T_m1，如圖9B所示，實(shí)線部分為電流流經(jīng)路線。兩種情況下，箝位電容C_c2的電壓都保持不變。如果該HBACC處于箝位狀態(tài)，那么正的第二開(kāi)關(guān)組件的電流i_cl2會(huì)流經(jīng)二極管D_c1并對(duì)箝位電容C_c1放電，如圖9C所示，實(shí)線部分為電流流經(jīng)路線，負(fù)的第二開(kāi)關(guān)組件的電流i_cl2會(huì)流經(jīng)箝位開(kāi)關(guān)管T_c1并對(duì)箝位電容C_c1充電，如圖9D所示，實(shí)線部分為電流流經(jīng)路線。

根據(jù)以上描述的箝位電容的充放電特性，提出了一種電容電壓的平衡策略。圖10A給出了電壓上升過(guò)程中第一開(kāi)關(guān)組件的箝位電容和第二開(kāi)關(guān)組件的箝位電容的電壓平衡方法。如圖10A所示，在這個(gè)過(guò)程中，第一開(kāi)關(guān)組件的電流i_cl1可能為正也可能為負(fù)。

對(duì)于第一單元鏈，正的第一開(kāi)關(guān)組件的電流i_cl1會(huì)對(duì)處于箝位狀態(tài)的HBACC的電容進(jìn)行充電而負(fù)的第一開(kāi)關(guān)組件的電流i_cl1會(huì)對(duì)其進(jìn)行放電。電容被充電或放電的時(shí)間越長(zhǎng)，其電壓增加或減少得越多。因此，第一單元鏈在電壓上升過(guò)程中的電容電壓平衡策略為：

首先，在電壓上升過(guò)程的起始階段，對(duì)采樣得到的N_cell1個(gè)箝位電容電壓進(jìn)行高低排序。接著，在v_cl1的第1個(gè)臺(tái)階處，如果i_cl1>0，則箝位N_cell1個(gè)HABCC中電容電壓最低的那個(gè)HBACC；如果i_cl1<0，則箝位N_cell1個(gè)HABCC中電容電壓最高的那個(gè)HBACC。接著，在v_cl1的第2個(gè)臺(tái)階處，如果i_cl1>0，則箝位剩余的N_cell1-1個(gè)HABCC中電容電壓最低的那個(gè)HBACC；如果i_cl1<0，則箝位剩余的N_cell1-1個(gè)HABCC中電容電壓最高的那個(gè)HBACC。以此類推，可以確定在v_cl1的每個(gè)臺(tái)階處需要被箝位的HBACC。這樣，第一單元鏈中的N_cell1個(gè)HBACC被一個(gè)個(gè)地箝位，使v_cl1呈現(xiàn)階梯式上升的波形。

對(duì)于第二單元鏈，第二開(kāi)關(guān)組件的電流i_cl2可能為正也可能為負(fù)，正的第一開(kāi)關(guān)組件的電流i_cl2會(huì)對(duì)處于箝位狀態(tài)的HBACC的電容進(jìn)行放電而負(fù)的第一開(kāi)關(guān)組件的電流i_cl1會(huì)對(duì)其進(jìn)行充電。因此，第二單元鏈在電壓上升過(guò)程中的電容電壓平衡策略為：

首先，在電壓上升過(guò)程的起始階段，對(duì)采樣得到的N_cell2個(gè)箝位電容電壓進(jìn)行高低排序。接著，在v_cl2的第1個(gè)臺(tái)階處，如果i_cl2>0，則箝位N_cell2個(gè)HABCC中電容電壓最高的那個(gè)HBACC；如果i_cl2<0，則箝位N_cell2個(gè)HABCC中電容電壓最低的那個(gè)HBACC。接著，在v_cl2的第2個(gè)臺(tái)階處，如果i_cl2>0，則箝位剩余的N_cell2-1個(gè)HABCC中電容電壓最高的那個(gè)HBACC；如果i_cl2<0，則箝位剩余的N_cell2-1個(gè)HABCC中電容電壓最低的那個(gè)HBACC。以此類推，可以確定在v_cl2的每個(gè)臺(tái)階處需要被箝位的HBACC。這樣，第二單元鏈中的N_cell2個(gè)HBACC被一個(gè)個(gè)地箝位，使v_cl2呈現(xiàn)階梯式上升的波形。

第一開(kāi)關(guān)組件中的電流是對(duì)箝位電容進(jìn)行充電，則將電壓最低的箝位電容對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)組件轉(zhuǎn)化到箝位狀態(tài)，讓該電壓最低的箝位電容先參與能量轉(zhuǎn)化，提高電壓最低的箝位電容的電壓，第一開(kāi)關(guān)組件中的電流是對(duì)箝位電容進(jìn)行放電，則讓電壓最高的箝位電容對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)組件轉(zhuǎn)化到箝位狀態(tài)，讓電壓最高的箝位電容先參與能量轉(zhuǎn)化，降低電壓最高的箝位電容的電壓，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)DC/DC變換器中箝位電容電壓的均衡。

圖10B給出了電壓下降過(guò)程中第一開(kāi)關(guān)組件的箝位電容和第二開(kāi)關(guān)組件的箝位電容的電壓平衡方法。

對(duì)于第一單元鏈，第二開(kāi)關(guān)組件的電流i_cl1始終為正，正的第一開(kāi)關(guān)組件的電流i_cl1會(huì)對(duì)處于箝位狀態(tài)的HBACC的電容進(jìn)行充電。因此，第一單元鏈在電壓下降過(guò)程中的電容電壓平衡策略為：

首先，在電壓下降過(guò)程的起始階段，對(duì)采樣得到的N_cell1個(gè)箝位電容電壓進(jìn)行高低排序。接著，在v_cl1的第1個(gè)臺(tái)階處，導(dǎo)通N_cell1個(gè)HABCC中電容電壓最高的那個(gè)HBACC。接著，在v_cl1的第2個(gè)臺(tái)階處，導(dǎo)通剩余的N_cell1-1個(gè)HABCC中電容電壓最高的那個(gè)HBACC。以此類推，可以確定在v_cl1的每個(gè)臺(tái)階處需要被導(dǎo)通的HBACC。這樣，第一單元鏈中的N_cell1個(gè)HBACC被一個(gè)個(gè)地導(dǎo)通，使v_cl1呈現(xiàn)階梯式下降的波形。

對(duì)于第二單元鏈，正的第二開(kāi)關(guān)組件的電流i_cl2會(huì)對(duì)處于箝位狀態(tài)的HBACC的箝位電容進(jìn)行放電。因此，第二單元鏈在電壓下降過(guò)程中的電容電壓平衡方法為：

首先，在電壓下降過(guò)程的起始階段，對(duì)采樣得到的N_cell2個(gè)箝位電容電壓進(jìn)行高低排序。接著，在v_cl2的第1個(gè)臺(tái)階處，導(dǎo)通N_cell2個(gè)HABCC中電容電壓最低的那個(gè)HBACC。接著，在v_cl2的第2個(gè)臺(tái)階處，導(dǎo)通剩余的N_cell2-1個(gè)HABCC中電容電壓最低的那個(gè)HBACC。以此類推，可以確定在v_cl2的每個(gè)臺(tái)階處需要被導(dǎo)通的HBACC。這樣，第二單元鏈中的N_cell2個(gè)HBACC被一個(gè)個(gè)地導(dǎo)通，使v_cl2呈現(xiàn)階梯式下降的波形。

第二開(kāi)關(guān)組件中的電流是對(duì)箝位電容進(jìn)行充電，則將電壓最低的箝位電容對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)組件轉(zhuǎn)化到箝位狀態(tài)，讓該電壓最低的箝位電容先參與能量轉(zhuǎn)化，提高電壓最低的箝位電容的電壓，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)DC/DC變換器中箝位電容電壓的均衡。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。