第二卷 高压直流发生器 第264章 本卷终【高能！】

(文学度 www.wenxuedu.org)    本来一个个都热情地称呼刘晨小先生，客气得很，现在设备也搞定了，又查出这种事，心中不爽之下，自然说话也不会客气。

    好几个教授都指责刘晨。

    秦明和龚书仍然不说话。

    刘晨道：“呵，确实忘了说专利的事了，我也差点给忘了，确实有这么回事。”

    黄杰忙道：“是吧，你是不是认识这申请专利的人？”

    “我确实认识。”刘晨道。

    哗啦啦一片喧哗，这无疑承认了他不过是从人家那儿偷学了这套技术，并非原创，也不是什么天才，就是会考试的学生罢了。

    好些个丑陋的嘴脸。

    “不仅我认识，你们在座的每一个人都认识。”刘晨又说，还笑了。

    “我们也认识？那不可能。”

    “你早该说出来的，现在搞得多被动。”

    秦明的脸色略略有些难看，道：“这人是谁呀？我们大家伙来自天南海北，不可能每个人都认识呀。”

    龚书道：“即便刘晨是跟人学习，能掌握这么多的技术要领，那也是极为了不起了，绝对是我们江海大学特招进来的高材生，我的课题组仍然需要这样的人才，入学就过来跟着我亲自带的博士学习，等到本科毕业，那水平就很不错了，说不定能做些创新性的研究了。”

    学习现有的技术，和创新，那完全是两种截然不同的能力，段位差很多。

    这档次一下子就降低了，本来是课题组的副研究员待遇，未来的接班人，好嘛，现在就是个学生身份了，让个博士生带着。

    不过好歹给刘晨说了话，责难的声音明显就小了很多。

    刘晨摇了摇头，道：“大家伙不是很关心谁申请了专利嘛。那我就告诉你们呗，也没什么。”

    众人侧耳倾听。

    “那不过是我高三复习阶段无聊撰写的诸多专利之一罢了，我跟我自己学习了这些技术，恐怕你们会不信。我就大方点，直接告诉你们我都写了啥吧，不是很想知道我怎么实现的控制吗？”

    刘晨笑着在白板上画框图说了起来。

    “控制并不在于多高明，就电力电子领域而言，必须要与结构配合在一起。实际上一个PI调节器就能解决大部分控制反馈，这种DC/DC变换器中的多电平逆变器的拓扑及控制方法，不过就是一种开关频率保持恒定、基于串联谐振软开关的多电平逆变器拓扑及电压滞环控制。”

    他一说完，教授们就长大了嘴巴，什么？滞环控制？这也太夸张了吧，这可是大学课本上最简单最常见最小白的控制方式呀，一个个瞪着眼睛看着。

    “技术进步在于克服现有技术中的不足，我，提出一种基于串联谐振软开关的多电平逆变器的电压滞环控制，在谐振电流过零点切换开关器件。因而开关频率是恒定的，由于是软开关控制，开关频率可以达到很高，且开关损耗较小。将基于串联谐振软开关的多电平逆变器与电压滞环控制结合起来，可保持开关频率恒定，易实现输出电压的快速、稳定控制。”

    刘晨带着些怒气，霸道，犀利，不准备给这些家伙一点面子了，无比直白地说出这些话。也不准备过多地解释。

    “哎，你这个滞环是怎么回事？就我们那个设备不会就是滞环控制吧？”有个教授直接跳起来了，这也太……，大家伙费了大半月没有进展。结果用最简单的法子解决了。

    会不会太讽刺了？

    “在我说完之前，还请大家不要插嘴。”

    “针对采用高频多电平逆变器的串联谐振DC/DC变换器，该变换器拓扑包括：逆变器将输入的稳定直流电压转换为多种脉冲电平输出，用来对串联谐振的幅度进行调整；串联谐振电路由外加电容器C与变压器T1的漏感组成，如果变压器T1的漏感不足，可外加电感。将逆变器输出的脉冲电平转换为正弦波形，以便于变压器T1升压或降压；高频不可控整流器对高频正弦电压整流，得到输出的直流电压Uout。”

    “所提出的多电平逆变器拓扑结构有2种，一种称为单向多电平逆变器，另一种称为双向多电平逆变器。普通逆变器为4个开关器件组成的2个桥臂，输入1种电平，可输出3种电平，单向多电平逆变器在普通逆变器前端或后端的一侧增加开关管，增加一个开关器件，输入电平增加一种，输出电平增加两种，输入n种电平，需要一侧增加n-1个开关器件，总共需要n+3个开关器件；双向多电平逆变器是在普通逆变器的基础上，前端和后端两侧对称增加开关器件，增加一对开关器件，输入电平增加一种，输出电平增加两种，输入n种电平，两侧增加2(n-1)个开关器件，总共需要2(n+1)个开关器件。”

    刘晨的语速很快，反正专利已申请，不妨给这帮家伙解析下技术关键。

    “逆变器不是四个开关吗？”一个教授又跳了出来。

    张政负责这一块，忙说道：“我们这套设备的逆变器确实不是四个开关，当时我还奇怪来着，但是最后的性能说明了一切，我估计不需要前置的稳压单元恐怕跟这也有关系。”

    秦明还是第一次见到这种结构，脸色微变，道：“这前面还能加一个开关器件？这……这不会出问题吗？”

    之前，大家互相分工，时间又那么紧迫，都是刘晨统一协调，彼此几乎没有交流，是以大家都不知道逆变器的详细情况。

    黄杰也表达了担忧，“不会出啥问题吧？”

    逆变器就是四个开关，就好像羊、马、牛、猪都是四条腿一样，这是基本常识，三条腿的人吓不吓人？六条腿的猪吓死人吧？

    “不仅前面还能加一个开关，后面对称还能加，不仅可以加一个，两个，三个，甚至四个都没问题。这就是把离散的状态增多而已，变成五电平、七电平、九电平……以此类推。”

    刘晨的面色有些冷，“其他的应用场合，这种结构或许不行。但是谐振过零点与之配合，那就是完美无缺，绝对不会出任何问题。”

    刘晨不再给大家提问的机会，“1、谐振电流的采集和处理……”

    “通过电流互感器或在串联谐振电路中串入一个小电阻，以电压的形式测量得到初始谐振电流Ires_p。初始谐振电流为实际谐振电流的反向，电压跟随器将其反向放大得到Ires_in。将放大后的谐振电流Ires_in的相位前移ts，前移的时间为控制器器、驱动电路及开关器件切换等延迟时间，以保证开关器件在谐振电流过零点时切换状态。将前移后的谐振电流Ires_s从正弦波形转换为控制器可识别的脉冲波形Ires通入控制器，以检测过零点，脉冲波形Ires的幅值要与控制器的处理电平相同。”

    “2、输出电压的采集，通过电压互感器或电阻分压的方式测量输出电压Uout，采用电阻分压的方式还需要通过线性光耦将功率电路与控制电路隔离。”

    “3、电压比较值的给定，电压滞环控制分为直接电压滞环控制和间接电压滞环控制，直接电压滞环控制是采集输出电压Uout。直接与给定的电压比较值进行比较，将结果输入控制器；间接电压滞环控制是输出电压Uout与给定的参考电压Uref通过调节器，将其结果与给定的电压比较值进行比较。”

    “直接电压滞环控制的给定电压比较值根据给定的参考电压Uref和滞环的数量、宽度直接决定，随输出电压Uout的变化而变化；间接电压滞环控制的给定电压比较值根据调节器的参数和设定的滞环数量、宽度决定，不因输出电压的变化而变化。”

    “给定电压比较值的数量取决于逆变器的输出电平数，逆变器输入电平数n，由低到高分别为Ui1、Ui2、Ui3、…、Uin，则逆变器输出电平数(2n+1)，由高到低分别为+Uin、+Uin-1、+Uin-2、…、+Ui1、0、-Ui1、-Ui2、-Ui3、…、-Uin，每种状态输出一种电平。因此有(2n+1)种状态，按输出电平由高到低分别称为+n状态、+(n-1)状态、+(n-2)状态、…、0状态、-1状态、-2状态、-3状态、…、-n状态，给定电压比较值的数量为2n，滞环的数量为n。”

    这可是最关键的核心技术了。诸位教授听得如痴如醉，脸部僵化，眼神发空，内心震惊，这需要多么天才的思维才能想到这种创新的思路呀。

    我的天哪，一个天才的科研人员最最厉害的就是那种天马行空的思维。如果还具有实用性，那就是不世出的天才，引领一个学科进步的天才。

    “对于直接电压滞环控制，环宽由低到高分别为给定的参考电压Uref的2h1%、2h2%、…、2hn%，给定电压比较值由低到高分别为：U1，U2，…，U2n，则U1=(1-hn%)Uref，U2=(1-hn-1%)Uref，U3=(1-hn-2%)Uref，…，Un=(1-h1%)Uref，Un+1=(1+h1%)Uref，Un+2=(1+h2%)Uref，Un+3=(1+h3%)Uref，…，U2n=(1+hn%)Uref。”

    “对于间接电压滞环控制，设定调节器的输出稳定在Ur，环宽由低到高分别为Ur的2h1%、2h2%、…、2hn%，给定电压比较值由低到高分别为：U1，U2，…，U2n，则U1=(1-hn%)Ur，U2=(1-hn-1%)Ur，U3=(1-hn-2%)Ur，…，Un=(1-h1%)Ur，Un+1=(1+h1%)+2=(1+h2%)Ur，Un+3=(1+h3%)Ur，…，U2n=(1+hn%)Ur。”

    刘晨自顾自地讲着。不理会他们的反应，也不管他们明不明白。

    “4、确定下一个控制状态，对于直接电压滞环控制，输出电压Uout与给定的电压比较值进行比较，Uout大于给定的电压比较值。比较器输出“1”，Uout小于给定的电压比较值，比较器输出“0”，2n个比较结果输入到控制器中，控制器记录其中“1”信号的数量为m。”

    “m与下一个输出状态的和值为n，即m=0，下一个状态为+n、m=1，下一个状态为+(n-1)、m=2，下一个状态为+(n-2)、…、m=n，下一个状态为0、m=n+1。下一个状态为-1、m=n+2，下一个状态为-2、m=n+3，下一个状态为-3、…、m=2n，下一个状态为-n。”

    “对于间接电压滞环控制，调节器的输出电压Uoutr与给定的电压比较值进行比较，Uoutr大于给定的电压比较值，比较器输出“1”，Uoutr小于给定的电压比较值，比较器输出“0”，2n个比较结果输入到控制器中。控制器记录其中“1”信号的数量为m，m与下一个输出状态的差值为n，即m=2n，下一个状态为+n、m=2n-1。下一个状态为+(n-1)、m=2n-2，下一个状态为+(n-2)、…、m=n，下一个状态为0、m=n-1，下一个状态为-1、m=n-2，下一个状态为-2、m=n-3，下一个状态为-3、…、m=0。下一个状态为-n。”

    “除此之外，还需对谐振电流和电容器C的电压进行限制，设定最高限值，若两者有其一超过设定的限值，下一个输出状态强制为零状态或负状态，若两者都超过设定的限值，下一个输出状态强制为负状态，以保护开关器件，防止过电流和过电压。”

    前面两次有人发声提问，刘晨都是喝止，脸色冷傲，不愿意解释，但是这帮老教授一听到这么高明的技术，都是心痒难耐，有些理解能力强，还能勉强跟上思路，可有些就掉队了，心急如焚呀，又不敢提问，只得举手。

    一个举得高高的，另外不懂的人也跟着效仿。

    活脱脱跟一群小学生似的。

    不理会，继续讲。

    “5、输出开关控制信号，输入到控制器中的信号有前移后变为脉冲波形的谐振电流信号Ires，滞环比较的2n个结果，根据滞环比较的结果确定下一个状态，将Ires的半周期整数倍作为确定状态的触发信号，根据下一个状态输出开关器件的驱动信号，Ires的半周期为开关器件切换状态的触发信号。”

    “根据开关器件不同的导通方式，多电平逆变器的输出有3种基本状态，分别为正状态、零状态、负状态。正状态是多电平逆变器输出的脉冲电压方向与谐振电流方向相同，对谐振电流起到增强作用；零状态是多电平逆变器输出脉冲电压为零，谐振电路形成回路，谐振电流仅受负载影响；负状态是多电平逆变器输出的脉冲电压方向与谐振电流方向相反，使得谐振电流减弱。同一状态，谐振电流的方向不同相应的多电平逆变器的输出电平方向也要随之改变，开关器件对应不同的导通方式。在谐振电流的过零点切换开关器件的状态，以使得开关损耗为零，且开关频率与串联谐振频率始终保持相同。”

    “零状态时，多电平逆变器的基本4个开关器件轮流导通两个上桥臂或两个下桥臂，考虑到开关器件的使用寿命，不易一直导通两个上桥臂或两个下桥臂。如果开关器件反并联快速二极管，也可根据谐振电流的方向导通基本4个开关器件中的一个，利用相应的一个快速二极管替代与之并联的开关器件导通形成回路。”

    “对于负状态，若多电平逆变器中的开关器件都反并联了快速二极管，可关闭所有的开关器件，任由谐振电路根据自身能量选择导通的快速二极管形成通路，此种控制方法简单，但是n种负状态无法确定控制。若要控制负状态，必须通过导通开关器件的方式，对于不同的谐振电流方向，某个负状态导通的开关器件是不同的。”

    “对于单向多电平逆变器。只有一侧增加了开关器件，以增加输入的电平数量，对于两个方向的谐振电流，控制开关器件导通时只能通过“互补”的方式。基本的4个开关器件为S1H、S2H、S1L、1H和S2H组成一个桥臂，S1L和S2L组成一个桥臂，S1H和S1L为两个上桥臂，在前侧增加开关器件S3、S4、S5、…、S(n+1)，输入的电平数为n。”

    “以H点流向L点为谐振电流正方向。对于-t(1≤t≤n-1)状态，增加的输入电平为-Ui(n+2-t)，谐振电流为负时，开关器件St和S2L导通，或开关器件St和S2L反并联的快速二极管D2L导通，向谐振电路输出-Ui(n+2-t)电平，而谐振电流为正时，无法通过开关器件St的导通来输出-Ui(n+2-t)电平。”

    “开关器件St和S1L导通，或开关器件St和S1L反并联的快速二极管D1L导通，向谐振电路输出Ui(n+2-t)-Uin电平。因此，对于谐振电流为正的-t状态，必须导通与开关器件St互补的那个开关器件Sn+4-t，并同时导通开关器件S1L或与S1L反并联的快速二极管D1L，向谐振电路输出Ui(t-2)-Uin电平，若要效果相同，电平Ui(t-2)与Ui(n+2-t)必须互补。”

    “即两者之和为Uin，对于每种负状态都可以采用“互补”的导通方式，要求各状态输入的电平具有等差的线性关系，即Ui2=2Ui1、Ui3=3Ui1、Ui4=4Ui1、…、Uin=nUi1。对于后侧的单向多电平逆变器。控制负状态，也通过“互补”的导通方式。”

    这一通快讲，好多教授都处于崩溃的边缘了，一个个眼光都贼得很。很明白刘晨在讲述内容的超高价值，只要学会了，那就是掌握了这个领域最前沿的技术，错过了这个机会靠自己摸索，恐怕一辈子都学不会。

    眼看着最先进的技术从眼前溜走呀。

    毫不夸张地说，这些平时趾高气扬、早就不再亲自指导学生、早已不再上课的知名教授。至少十几年没这么飞速地动过脑筋了，好多额头上冒出豆大的汗珠子。

    不知道从什么时候开始，大家伙都自发地拿着纸笔奋笔疾书，前面的刘晨可是写满了一白板子马上就擦掉，然后再写，不记录下来，又没听懂，那可就错过啦。

    “小先生，能不能讲解得慢一点。”

    “慢一点，小先生，我们都是一把老骨头了，跟不上你的思路啊。”

    说着话气喘吁吁。

    “稍慢一点，小先生。”

    称呼全都一水地改了回去。

    然后刘晨全然不理会，他心里憋了一股气，不一口说完这些，出不掉这股憋闷。

    “对于双向多电平逆变器，在两侧对称增加开关器件，前侧增加S3H、S4H、S5H、…、S(n+1)H，后侧增加S3L、S4L、S5L、…、S(n+1)L，对于-t(1≤t≤n-1)状态，增加的输入电平为Ui(n+2-t)，StH和StL输入的电平都为Ui(n+2-t)，谐振电流为负时，开关器件StH和S2L导通，或开关器件StH和S2L反并联的快速二极管D2L导通。”

    “向谐振电路输出-Ui(n+2-t)电平，谐振电流为正时，开关器件StL和S2H导通，或开关器件StL和S2H反并联的快速二极管D2H导通，向谐振电路输出-Ui(n+2-t)电平。对于双向的多电平逆变器，各状态输入的电平不要求具有等差的线性关系。”

    “对于正状态，单向多电平逆变器仍需采用“互补”的导通方式，各状态输入的电平要求具有等差的线性关系，对于t(1≤t≤n-1)状态，增加的输入电平为Ui(n+2-t)，谐振电流为正时，开关器件St和S2L导通，向谐振电路输出Ui(n+2-t)电平。”

    “谐振电流为负时，导通与开关器件St互补的开关器件Sn+4-t，并同时导通开关器件S1L，向谐振电路输出Ui(n+2-t)电平；双向多电平逆变器对于t(1≤t≤n-1)状态，谐振电流为正时，开关器件StH和S2L导通，向谐振电路输出Ui(n+2-t)电平，谐振电流为负时，导通开关器件StL和S2H，向谐振电路输出Ui(n+2-t)电平。”

    “对于+n状态，谐振电流为正，开关器件S1H和S2L导通，谐振电流为负，开关器件S1L和S2H导通；-n状态时，谐振电流为正，开关器件S1L和S2H导通，如果开关器件反并联快速二极管，也可由快速二极管D1L和D2H自行导通，谐振电流为负，开关器件S1H和S2L导通，或由快速二极管D1H和D2L自行导通。”

    又是一通快速讲解。

    教授们陷入一股深深的绝望之中，天哪，上一次有这股情绪怕是要追述到读大学时，老师们最后一堂划考试重点课，有些很坏的老师故意说得超级快，让学生们记录不全、悲愤欲绝。

    “基于谐振软开关技术的采用多电平逆变器的DC/DC变换器在谐振电流过零点时切换开关器件的通断，消除了开关损耗，另外，多个开关器件并联在一起作为一个开关阀，可以达到均压和均流的效果，弥补MOSFET或IGBT的容量。”

    擦擦擦，白板全部擦掉。

    刘晨手一摊开，“我要讲述的控制策略与多电平逆变器的配合全部讲完了，这就是设备中采用的核心技术。”

    妈呀，汗流浃背的教授们无耐地停了下来，充满期待的老眼看着他，那眼神饱含渴望与热情，就跟十八九岁的毛头小伙子看到女神穿着开高叉的旗袍从眼前走过一眼，那白花花的大腿推着步伐一晃一晃。

    “小先生，能不能再给我们讲述一遍。”秦明率先道。

    “再讲一遍吧，小先生。”

    ……

    一片哀嚎乞求之声。

    刘晨全然不理会，淡然地看着大家，露出了点微笑，道：“没明白不要紧，大家到时候可以去查阅我的专利申请原文。”

    哦，大家纷纷松了口气，提起来的心脏也放了回去，深深觉得自己是个大****，刚才那一通记那一通急呀，直接去看专利原文不就行了嘛，一下子轻松了下来。

    擦了一把额头上的汗水，这浑身湿透了可真难受。

    “对呀，查看专利原文。”

    “这可一定要好好拜读一下，神作啊。”

    “必须看，整个课题组一起研读。”

    黄杰看着放松下来的众人，真心不愿泼冷水，苦着脸，道：“这专利申请了保密，大家伙想看到专利原文怕是要二十年后啊。”

    啊？

    这尼玛心脏又提了起来。

    本来心脏就不好的老家伙赶紧捂着胸口掏药去了。

    二十年？

    尼玛能不能活到那时候啊？

    平时彬彬有礼、修养深厚的教授们纷纷想要大爆粗口。

    ……

    【之所以没有删除一些技术细节，考虑到这技术真实存在，完整版本，感兴趣的兄弟或许能有些收获。】(未完待续。)

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