学霸的科技帝国 (三胖)

　　“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n1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(n1)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、+Uin1、+Uin2、…、+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、+(n1)状态、+(n2)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=(1hn%)Uref，U2=(1hn1%)Uref，U3=(1hn2%)Uref，…，Un=(1h1%)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=(1hn%)Ur，U2=(1hn1%)Ur，U3=(1hn2%)Ur，…，Un=(1h1%)Ur，Un+1=(1+h1%)Ur。Un+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+(n1)、m=2，下一个状态为+(n2)、…、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=2n1。下一个状态为+(n1)、m=2n2，下一个状态为+(n2)、…、m=n，下一个状态为0、m=n1，下一个状态为1、m=n2，下一个状态为2、m=n3，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、S2L。S1H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。”