三電平DC/DC變換器的拓撲結構及其滑模控制方法

4 滑模控制在三電平DC/DC變換器中的應用研究

在實際應用中，因為三電平DC/DC變換器開關數目比較多，控制相對比較復雜，對它的控制方法的研究還處于起步階段。三電平DC/DC變換器工作時有多個模態，且每個模態有其獨立的狀態方程，要對三電平DC/DC變換器進行系統的解析分析比較困難。目前，三電平DC/DC變換器中一般采用脈寬調制(PWM)和交錯控制相結合的方法。但是PWM控制有其固有的缺陷，即它的控制性能依賴于系統參數。當系統受到瞬態或持續擾動時，系統的參數也會改變，甚至會出現參數不匹配的情況，這樣控制性能將大大降低。

為了提高和改善三電平DC/DC變換器的穩定性，抗負載擾動及參數攝動，快速性等，現代控制理論如自適應控制，非線性反饋線性化控制，滑模變結構控制，最優控制，以及模糊控制，神經網絡等智能控制在三電平DC/DC變換器中的應用研究也將逐步開展。但目前還尚未有文獻論述。

其中，滑模變結構控制在電力電子系統中改善魯棒性，動態品質，控制硬件電路的設計等方面取得了一些成果[8，9]。滑模控制本質上是一種變結構控制，它的突出優點是其控制性能不依賴于系統參數。文獻[8]詳細介紹了DC/DC變換器的滑模變結構控制，論述了如何以等效控制作為分析手段來分析Buck,Boost,BuckBoost變換器，該方法保證了系統在大信號和小信號情況下的穩定性。

對于三電平DC/DC變換器，由于其特有的多模態工作情況，很適合于采用滑模變結構控制來實現和改善變換器的動態性能和魯棒性。圖5給出了Buck三電平DC/DC變換器的實驗原理圖，圖6給出了BuckBoost三電平DC/DC變換器的實驗原理圖。滑模控制硬件電路實現簡單，理論上有無限高的開關頻率，但是受實際開關器件的頻率限制，要求在滑模控制的控制信號輸出端加一個延遲環節，一般采用施密特觸發器來實現。400Hz驅動信號是用來實現電壓輸入擾動和負載擾動，以驗證滑模控制對這兩個擾動的魯棒特性。

圖5 基于滑模控制的Buck三電平DC/DC變換器實驗原理圖

圖6 基于滑模控制的BuckBoost三電平DC/DC變換器實驗原理圖

但是,由于三電平DC/DC變換器的開關數目比較多，不再是簡單的{0,1}標量控制，這給滑模面的選擇和控制律的選取造成了一定的困難。關于這方面的研究，作者將在另文中作進一步的探索。

5 結語

本文從三電平DC/DC變換器拓撲的推導過程，三電平DC/DC變換器中濾波元件參數的設計，以及三電平DC/DC變換器中控制方法的研究等幾個方面詳細論述了近年來三電平DC/DC變換器研究的現狀。