本发明属于电力电子，特别是涉及基于梯形电流的三电平直流变换器的定开关频率控制方法。
背景技术：
1、传统的三电平直流-直流转换器通常在连续导通模式下工作，硬开关操作会导致显著的开关损耗和更多的电磁干扰问题。为了克服这些挑战，一些研究提出了理想的软开关技术，以减少开通和二极管反向恢复损耗。通常是通过附加电感器和电容器共同建立一个用于谐振转换环路，从而实现零电压开关。然而，这些方法需要许多额外的元件，增加了辅助电路的复杂性。因此，它们不仅提高了转换器的成本，而且降低了实际应用的整体可靠性。
2、为此，有研究者提出了一种称为三角电流模式的解决方案，无需额外的辅助元件或电路即可实现软开关。然而，这种模式会产生较大的峰值电流，从而导致严重的关断和电感损耗。也有研究采用了近似临界导通模式的方法来降低负峰值和有效值电流，从而最大限度地减少开关损耗并提高软开关的效率。虽然可以通过在三角电流模式或近似临界导通模式下控制变换器实现软开关，但电感峰值电流是电感平均电流的两倍多，这会增加功率开关的电流应力和关断损耗。
3、同时，变开关频率控制方案通常用于控制变换器在三角电流模式或近似临界导通模式下的软开关。然而，对于三电平直流-直流转换器而言，设计用于宽范围变开关频率控制的高性能控制器是一项重大挑战。特别是很难确保变换器在高动态情况下保持在近似临界导通模式状态以实现软开关。因此，宽范围变开关频率使得变换器系统的控制器设计困难。同时，轻载时对应的开关频率会很高，这导致了更多的高频损耗，降低了变换器的轻载效率。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本发明提出了基于梯形电流的三电平直流变换器的定开关频率控制方法，可以有效解决传统三角电流模式峰值电流大、开关损耗大的问题，同时解决了传统变开关频率控制方法的轻载损耗大、频率范围宽、控制器设计困难的问题。本发明使得变换器能够在定开关频率下实现梯形电流波，降低了控制器设计难度、提升了变换器的轻载效率。
2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：基于梯形电流的三电平直流变换器的定开关频率控制方法，包括步骤：
3、步骤1：采样变换器的输入电压、输出电压、飞跨或级联电容电压、电感电流和输出电流；
4、步骤2：计算电感电流平均值和电压不均衡量；
5、步骤3：建立占空比与输入电压、输出电压和电感平均电流的关系；
6、步骤4：在固定开关频率控制下，计算占空比d1和d4，进行电感电流梯形波的波形控制；
7、步骤5：根据平均电流值iavg的正负值大小，选择对应三个区域iavg>ith+、ith-<iavg<ith+和iavg<ith-的波形调制，通过定开关频率控制方法控制三电平直流变换器的电感电流为梯形波或四边形波形，在每个开关周期电感电流都有正负值，使得所有开关管实现零电压导通。
8、进一步的是，所述定开关频率控制包括：变换器的电压电流闭环控制，电容电压的均衡控制以及梯形波的波形控制。
9、进一步的是，固定开关频率，同时改变主开关的占空比d1和d4以调节电感梯形波的形状，从而改变电感电流平均值。
10、进一步的是，占空比d1和d4通过采样输入输出电压、电感电流平均值计算得到。
11、进一步的是，基于固定开关频率控制，占空比d1与平均电流成正比，占空比d4与平均电流成反比；在保持电流波形为近似临界模式时，增加d1、减小d4，电感平均电流减小。
12、进一步的是，占空比d1和d4的计算公式为：
13、
14、
15、其中，vdc为输入电压，vo为输出电压，ilavg为电感平均电流，l为电感值，fsw为开关频率，ip-为负电感电流。
16、进一步的是，根据平均电流iavg的大小，电感电流分为三种类型：
17、当iavg>ith+时，电感电流为正向梯形波，有两个正峰值和一个负峰值；
18、当iavg<ith-时，电感电流为负向梯形波，有一个正峰值和两个负峰值；
19、当ith-<iavg<ith+时，电感电流为四边形波，有两个正峰值和两个负峰值。
20、采用本技术方案的有益效果：
21、本发明提出一种基于梯形电流的三电平双向直流变换器的定开关频率控制方法，调整多个主开关占空比以及开关时序控制变换器工作在梯形波电流模式的方式。主要是通过建立占空比与电感平均电流、输入/输出电压的关系进行梯形波控制的。其优势在于可以实现无辅助元件的功率开关管基于近似临界导通模式的零电压软开关导通，降低变换器的开关损耗。
22、本发明解决了传统变开关频率控制方法的轻载损耗大、频率范围宽、控制器设计困难的问题，使得变换器能够在定开关频率下实现梯形电流波，降低了控制器设计难度、提升了变换器的轻载效率。
23、本发明提出的控制方法同样适用于多个直流变换器输入输出并联的拓扑结构，此结构的梯形波电感电流相互交错，电感电流纹波相消，进一步减小了总输出电感电流纹波。
1.基于梯形电流的三电平直流变换器的定开关频率控制方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的基于梯形电流的三电平直流变换器的定开关频率控制方法，其特征在于，所述定开关频率控制包括：变换器的电压电流闭环控制，电容电压的均衡控制以及梯形波的波形控制。
3.根据权利要求1所述的基于梯形电流的三电平直流变换器的定开关频率控制方法，其特征在于，固定开关频率，同时改变主开关的占空比d1和d4以调节电感梯形波的形状，从而改变电感电流平均值。
4.根据权利要求3所述的基于梯形电流的三电平直流变换器的定开关频率控制方法，其特征在于，占空比d1和d4通过采样输入输出电压、电感电流平均值计算得到。
5.根据权利要求4所述的基于梯形电流的三电平直流变换器的定开关频率控制方法，其特征在于，基于固定开关频率控制，占空比d1与平均电流成正比，占空比d4与平均电流成反比；在保持电流波形为近似临界模式时，增加d1、减小d4，电感平均电流减小。
6.根据权利要求5所述的基于梯形电流的三电平直流变换器的定开关频率控制方法，其特征在于，占空比d1和d4的计算公式为：
7.根据权利要求1-6任一所述的基于梯形电流的三电平直流变换器的定开关频率控制方法，其特征在于，根据平均电流iavg的大小，电感电流分为三种类型：
