定频滑模控制三电平Buck变换器研究

广西电网公司柳州供电局的研究人员黄子珍、罗怀、单国栋，在2015年第1期《电气技术》杂志上撰文，三电平Buck（Buck TL）变换器可以降低开关管的电压应力，提高电感电流的脉动频率以减小滤波器的尺寸。本文基于电压解耦控制方法，建立Buck TL变换器的飞跨电容电压环小信号模型和输出电压外环的定频滑模控制模型，然后分别对其控制器进行设计。通过计算机仿真证明了理论分析的正确性和有效性。

随着智能电网的发展，越来越多的电力电子设备接入电力系统，对变换器的研究也越来越深入。多电平变换器具有非常多的优点，它可以降低开关管的电压应力，增大电感电流的脉动频率，进而便于滤波环节的设计和集成。多电平变换器非常适合于高输入电压中大功率应用场合[1]。

另外，随着非线性理论的发展，许多新的控制方法陆续应用于电力电子变换器中。这些新的控制方法与传统的控制方法有很大的区别。在动态性能方面也有出色的表现。

滑模控制因具有卓越的鲁棒稳定性和瞬态响应特性，被广泛运用于非线性控制系统，特别是具有开关特性的变结构系统[2]。传统的滑模控制是基于滞环调节器的调节，当负载或者输入电压发生变化时，开关频率会发生变化，增加了滤波器的设计难度。

本文通过详细的公式推导，建立了定频滑模控制的Buck TL变换器电压外环的模型。给出了滑模面的选择和滑模控制器的设计方法。运用Saber软件对建立的闭环系统进行了仿真验证，仿真结果表明理论分析的正确性。

图1 Buck TL变换器主电路

结论

本文采用了一种新的定频滑模控制方法，详细推导了滑模控制的等效控制率，将其运用到三电平Buck变换器，仿真结果表明该定频滑模控制器实现了飞跨电容电压的稳定，具有良好的动态调节性能，并且具有恒定的开关频率。

采用这种定频滑模的控制方法可以降低滤波器的设计难度，使滑模控制技术在变换器中得到实际的应用。

综上所述，该方法对多电平变换器的设计也具有一定的指导作用。