CN113517815B - 一种三电平双向直流变换器及其控制系统、控制方法 - Google Patents

一种三电平双向直流变换器及其控制系统、控制方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种三电平双向直流变换器及其控制系统、控制方法，通过在现有的三电平双向直流变换器拓扑的基础上，各开关管均采用MOS管且每个MOS管所在支路均新增一个与原有MOS管共源极的MOS管，在现有驱动方法的基础上，各二极管阴极一侧的MOS管相较于二极管阳极一侧的MOS管先导通、后关断，从而由于二极管续流作用以及新增的MOS管在关断时自然换流到二极管，仅有两个MOS管为硬开关，其余MOS管均为软开关，降低了开关管开关损耗，而MOS管导通作为同步整流，由于MOS管导通电阻小，又有效减小了导通损耗，提高了产品效率，减少开关管发热或过应力导致的损坏。

Description

一种三电平双向直流变换器及其控制系统、控制方法
技术领域
本申请涉及电力电子功率变换技术领域，特别是涉及一种三电平双向直流变换器及其控制系统、控制方法。
背景技术
目前大功率电池充放电的应用需求变得更多，使用三相电对电池充电和使用高压电池储能成为较好的解决方案。这对光伏储能逆变器来说意味着更高的电池输入电压和更高的母线电压。为了兼容主流三相并网逆变器，母线电压最高需要达到1500V。
而传统的升降压（Buck-Boost）电路已经不能满足现有电压等级的应用，现有高压储能设备上大多数为三电平双向直流变换器（DC-DC）拓扑。图1为现有技术中的一种三电平双向直流变换器的电路图。如图1所示，常见的三电平双向直流变换器包括第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、飞跨电容Cfly和第一电感L1；其中，第一电容C1的第一弹、第一电感L1的第一端与低压电源的正极连接，第一电容C1的第二端、第二开关S2的第二端、第三电容C3的第二端与低压电源的负极及高压电源的负极连接，第一电感L1的第二端、第一开关S1的第一端与第三开关S3的第一端连接，第一开关S1的第二端、第二开关S2的第一端与飞跨电容Cfly的第二端连接，第三开关S3的第二端、飞跨电容Cfly的第一端与第四开关S4的第一端连接，第四开关S4的第二端、第二电容C2的第一端与高压电源的正极连接，第二电容C2的第二端与第三电容C3的第一端连接，此外，各开关两端均并联有二极管。其中，四个开关通常采用场效应管（MOSFET，MOS）或绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT），控制方式为第二开关S2、第四开关S4互补驱动，第一开关S1、第三开关S3互补驱动，第一开关S1、第二开关S2驱动交错180°，第三开关S3、第四开关S4驱动交错180°。控制飞跨电容Cfly电压为母线电压的一半，减小各开关管的电压压力。
应用上述三电平双向直流变换器，若开关采用MOS管，则在电感续流时，在MOS管关断瞬间，MOS管的体二极管会引起很多的反向恢复电流，引起较大损耗，同时会引起较大的尖峰电压，造成MOS管过压或过热损坏。若采用IGBT，由于IGBT拖尾问题，开关频率无法提高，需要采用较大体积的电感，与设备产品小型化趋势相悖。除此以外，该三电平双向直流变换器中的开关控制过程都属于硬开关，损耗较大，效率较低。
降低三电平双向直流变换器的开关损耗，提高三电平双向直流变换器的开关效率，从而提高产品质量，是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种三电平双向直流变换器及其控制系统、控制方法，用于降低三电平双向直流变换器的开关损耗，提高三电平双向直流变换器的开关效率，从而提高产品质量。
为解决上述技术问题，本申请提供一种三电平双向直流变换器，包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管和飞跨电容；
其中，所述第一二极管的阴极、所述第三二极管的阳极与低压电源的正极连接，所述第一二极管的阳极、所述第二二极管的阴极与所述飞跨电容的第二端连接，所述第二二极管的阳极与所述低压电源的负极、高压电源的负极连接，所述第三二极管的阴极、所述第四二极管的阳极与所述飞跨电容的第一端连接，所述第四二极管的阴极与所述高压电源的正极连接；
所述第一二极管、所述第二二极管、所述第三二极管和所述第四二极管各自均并联有两个共源极的MOS管；在所述第一二极管、所述第二二极管、所述第三二极管和所述第四二极管各二极管对应的开关控制区间内，靠近所述二极管阴极一侧的所述MOS管相较于靠近所述二极管阳极一侧的所述MOS管先开通、后关断。
可选的，当所述高压电源一侧为多路并联共母线时，若所述母线上存在处于工作状态的三电平双向直流变换器，则所述母线上未处于工作状态的三电平双向直流变换器中所述第四二极管并联的靠近所述第四二极管阴极一侧的所述MOS管处于开通状态。
可选的，还包括：第五二极管、第六二极管、第一电容、第二电容、第三电容和第一电感；
其中，所述第一电容的第一端、所述第一电感的第一端与所述低压电源的正极连接，所述第一电容的第二端、所述第三电容的第二端与所述低压电源的负极、所述高压电源的负极连接，所述第二电容的第二端与所述第三电容的第一端连接。
为解决上述技术问题，本申请还提供一种三电平双向直流变换器的控制系统，包括上述任意一项所述的三电平双向直流变换器，还包括：
用于控制各MOS管的工作状态的控制器。
为解决上述技术问题，本申请还提供一种三电平双向直流变换器的控制方法，应用于三电平双向直流变换器，所述三电平双向直流变换器包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管和飞跨电容；
其中，所述第一二极管的阴极、所述第三二极管的阳极与低压电源的正极连接，所述第一二极管的阳极、所述第二二极管的阴极与所述飞跨电容的第二端连接，所述第二二极管的阳极与所述低压电源的负极、高压电源的负极连接，所述第三二极管的阴极、所述第四二极管的阳极与所述飞跨电容的第一端连接，所述第四二极管的阴极与所述高压电源的正极连接；
所述第一二极管、所述第二二极管、所述第三二极管和所述第四二极管各自均并联有两个共源极的MOS管；
控制方法包括：在所述第一二极管、所述第二二极管、所述第三二极管和所述第四二极管各二极管对应的开关控制区间内，靠近所述二极管阴极一侧的所述MOS管相较于靠近所述二极管阳极一侧的所述MOS管先开通、后关断。
可选的，还包括：
当所述高压电源一侧为多路并联共母线时，若所述母线上存在处于工作状态的三电平双向直流变换器，则控制所述母线上未处于工作状态的三电平双向直流变换器中所述第四二极管并联的靠近所述第四二极管阴极一侧的所述MOS管处于开通状态。
可选的，所述三电平双向直流变换器还包括：第五二极管、第六二极管、第一电容、第二电容、第三电容和第一电感；
其中，所述第一电容的第一端、所述第一电感的第一端与所述低压电源的正极连接，所述第一电容的第二端、所述第三电容的第二端与所述低压电源的负极、所述高压电源的负极连接，所述第二电容的第二端与所述第三电容连接。
本申请所提供的三电平双向直流变换器，通过在现有的三电平双向直流变换器拓扑的基础上，各开关管均采用MOS管且每个MOS管所在支路均新增一个与原有MOS管共源极的MOS管，在现有驱动方法的基础上，各二极管阴极一侧的MOS管相较于二极管阳极一侧的MOS管先导通、后关断，从而由于二极管续流作用以及新增的MOS管在关断时自然换流到二极管，仅有两个MOS管为硬开关，其余MOS管均为软开关，大大减少开关管开关损耗，同时MOS管导通作为同步整流，由于MOS管导通电阻小，又有效减小了导通损耗，提高了产品效率，同时由于开关管处在软开关过程，没有MOS管体二极管反向恢复问题，减少开关管发热或过应力导致的损坏，保证了产品的可靠性。
本申请还提供一种三电平双向直流变换器的控制系统及控制方法，具有上述有益效果，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的一种三电平双向直流变换器的电路图；
图2为本申请实施例提供的一种三电平双向直流变换器的电路图；
图3为本申请实施例提供的一种占空比小于等于0.5时升压驱动信号示意图；
图4为本申请实施例提供的一种电池放电过程中占空比小于等于0.5时各工作状态下升压功率流向示意图；
图5为本申请实施例提供的一种占空比大于0.5时升压驱动信号示意图；
图6为本申请实施例提供的一种电池放电过程中占空比大于0.5时各工作状态下升压功率流向示意图；
图7为本申请实施例提供的多路高压直流变换器中未工作的三电平双向直流变换器的功率流向示意图。
具体实施方式
本申请的核心是提供一种三电平双向直流变换器及其控制系统、控制方法，用于降低三电平双向直流变换器的开关损耗，提高三电平双向直流变换器的开关效率，从而提高产品质量。
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
图2为本申请实施例提供的一种三电平双向直流变换器的电路图。
本申请实施例提供的三电平双向直流变换器包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管和飞跨电容；
其中，第一二极管的阴极、第三二极管的阳极与低压电源的正极连接，第一二极管的阳极、第二二极管的阴极与飞跨电容的第二端连接，第二二极管的阳极与低压电源的负极、高压电源的负极连接，第三二极管的阴极、第四二极管的阳极与飞跨电容的第一端连接，第四二极管的阴极与高压电源的正极连接；
第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管各自均并联有两个共源极的MOS管；在第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管各二极管对应的开关控制区间内，靠近二极管阴极一侧的MOS管相较于靠近二极管阳极一侧的MOS管先开通、后关断。
此外，本申请实施例提供的三电平双向直流变换器还可以包括：第五二极管、第六二极管、第一电容、第二电容、第三电容和第一电感；
其中，第一电容的第一端、第一电感的第一端与低压电源的正极连接，第一电容的第二端、第三电容的第二端与低压电源的负极、高压电源的负极连接，第二电容的第二端与第三电容的第一端连接。
在具体实施中，各MOS管均可以采用NMOS管。
记第一二极管对应的原有MOS管为第一MOS管，第一二极管对应的新增MOS管为第二MOS管；记第二二极管对应的原有MOS管为第三MOS管，第二二极管对应的新增MOS管为第四MOS管；记第三二极管对应的原有MOS管为第五MOS管，第三二极管对应的新增MOS管为第六MOS管；记第四二极管对应的原有MOS管为第七MOS管，第四二极管对应的新增MOS管为第八MOS管。
则如图2所示，第一电感L1的第一端、第一电容C1的第一端、第六二极管D6的阳极与低压电源的正极连接，低压电源的负极、第四MOS管Q2A的漏极、第二二极管D2的阳极、第三电容C3的第二端与高压电源的负极连接，第一电感L1的第二端、第一NOS管的漏极、第六MOS管Q3A的漏极、第一二极管D1的阴极与第三二极管D3的阳极连接，第一MOS管Q1的源极与第二MOS管Q1A的源极连接，第二MOS管Q1A的漏极、第三MOS管Q2的漏极、第一二极管D1的阳极、飞跨电容Cfly的第二端和第五二极管的阳极连接，第三MOS管Q2的源极与第四MOS管Q2A的源极连接，第五MOS管Q3的源极与第六MOS管Q3A的源极连接，第五MOS管Q3的漏极、第三二极管D3的阴极、飞跨电容Cfly的第一端、第八MOS管Q4A的漏极与第四二极管D4的阳极连接，第七MOS管Q4的源极与第八MOS管Q4A的源极连接，第七MOS管Q4的漏极、第四二极管D4的阴极、第二电容C2的第一端、第六二极管D6的阴极与高压电源的正极连接，第五二极管D5的阴极、第二电容C2的第二端与第三电容C3的第一端连接。
则在控制过程中，由第一MOS管Q1、第二MOS管组成的第一MOS管组与由第五MOS管Q3、第六MOS管Q3A组成的第二MOS管组互补驱动，由第三MOS管Q2、第四MOS管组成的第二MOS管组与由第七MOS管Q4、第八MOS管Q4A组成的第四MOS管组互补驱动，第一MOS管组和第二MOS管组交错180°驱动，第三MOS管组和第四MOS管组交错180°驱动；
第一MOS管Q1相较于第二MOS管Q1A先开通、后关断；第三MOS管Q2相较于第四MOS管Q2A先开通、后关断；第五MOS管Q3相较于第六MOS管Q3A先开通、后关断；第七MOS管Q4相较于第八MOS管Q4A先开通、后关断。
本申请实施例提供的三电平双向直流变换器，通过在图1所示的现有三电平双向直流变换器拓扑的基础上，各开关管均采用MOS管且每个MOS管所在支路均新增一个与原有MOS管共源极的MOS管，在现有驱动方法的基础上，各二极管阴极一侧的MOS管相较于二极管阳极一侧的MOS管先导通、后关断，从而由于二极管续流作用以及新增的MOS管在关断时自然换流到二极管，可以实现仅有两个MOS管为硬开关，其余MOS管均为软开关，同时MOS管导通作为同步整流，由于MOS管导通电阻小，又有效减小了导通损耗，提高了产品效率，同时由于开关管处在软开关过程，没有MOS管体二极管反向恢复问题，减少开关管发热或过应力导致的损坏，保证了产品的可靠性。
在具体实施中，第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4具体可以采用SIC二极管。
图3为本申请实施例提供的一种占空比小于等于0.5时升压驱动信号示意图；图4为本申请实施例提供的一种电池放电过程中占空比小于等于0.5时各工作状态下升压功率流向示意图。
应用本申请实施例提供的三电平双向直流变换器，当低压电源的电压值大于等于高压电源的电压指的一半时，需控制各开关管的占空比小于等于0.5，则三电平双向直流变换器的工作状态包括顺序循环的第一工作状态W1、第二工作状态W2、第三工作状态W3和第二工作状态W2。
如图3所示，在第一工作状态W1，第一MOS管Q1、第二MOS管Q1A、第七MOS管Q4、第八MOS管Q4A处于开通状态，第三MOS管Q2、第四MOS管Q2A、第五MOS管Q3、第六MOS管Q3A处于关断状态；
在第二工作状态W2，第一MOS管Q1、第二MOS管Q1A、第三MOS管Q2、第四MOS管Q2A处于关断状态，第五MOS管Q3、第六MOS管Q3A、第七MOS管Q4、第八MOS管Q4A处于开通状态；
在第三工作状态W3，第三MOS管Q2、第四MOS管Q2A、第五MOS管Q3、第六MOS管Q3A处于开通状态，第一MOS管Q1、第二MOS管Q1A、第七MOS管Q4、第八MOS管Q4A处于关断状态。
以电池放电过程为例，基于图3的控制波形，上述各工作状态的升压功率流向如图4中的虚线箭头所示。
当三电平双向直流变换器由第一工作状态W1切换到第二工作状态W2时，第一MOS管Q1、第二MOS管Q1A关断，第五MOS管Q3、第六MOS管Q3A开通。其中，第一MOS管Q1相较于第二MOS管Q1A后关断，可知第一MOS管Q1为硬关断，第二MOS管Q1A为软关断。第五MOS管Q3相较于第六MOS管Q3A先开通，由于第三二极管D3续流，可知第五MOS管Q3、第六MOS管Q3A为软开通。
当三电平双向直流变换器由第二工作状态W2切换到第三工作状态W3时，第七MOS管Q4、第八MOS管Q4A关断，第三MOS管Q2、第四MOS管Q2A开通。其中，第七MOS管Q4相较于第八MOS管Q4A后关断，由于第八MOS管Q4A关断自然换流到第四二极管D4，第七MOS管Q4和第八MOS管Q4A均为软关断。第三MOS管Q2相较于第四MOS管Q2A先开通，可知第三MOS管Q2为硬开通，第四MOS管Q2A为软开通。
当三电平双向直流变换器由第三工作状态W3切换到第二工作状态W2时，第三MOS管Q2、第四MOS管Q2A关断，第七MOS管Q4、第八MOS管Q4A开通。其中，第三MOS管Q2相较于第四MOS管Q2A后关断，可知第三MOS管Q2为硬关断，第四MOS管Q2A为软关断。第七MOS管Q4相较于第八MOS管Q4A先开通，由于第四二极管D4续流，可知第七MOS管Q4和第八MOS管Q4A均为软开通。
当三电平双向直流变换器由第二工作状态W2切换到第一工作状态W1时，第五MOS管Q3、第六MOS管Q3A关断，第一MOS管Q1、第二MOS管Q1A开通。其中，第五MOS管Q3相较于第六MOS管Q3A先开通，第六MOS管Q3A关断电流自然换流到第三二极管D3，则第五MOS管Q3和第六MOS管Q3A均为软开通。第一MOS管Q1相较于第二MOS管Q1A后关断，可知第一MOS管Q1为硬开通，第二MOS管Q1A为软开通。
由此可知，在开关管占空比小于等于0.5的控制过程中，三电平双向直流变换器中只有第一MOS管Q1和第三MOS管Q2为硬开关，而其余MOS管均为软开关，从而极大减小了开关损耗，提高了开关效率，且没有MOS管体二极管反向恢复问题，减少由开关管发热或过应力导致的损坏，提高了产品可靠性。
电池充电过程与电池放电过程的驱动方式相同，三电平双向直流变换器的工作状态也一致，但功率方向相反，只有第五MOS管Q3和第七MOS管Q4为硬开关，其余MOS管均为软开关。
图5为本申请实施例提供的一种占空比大于0.5时升压驱动信号示意图；图6为本申请实施例提供的一种电池放电过程中占空比大于0.5时各工作状态下升压功率流向示意图。
应用本申请实施例提供的三电平双向直流变换器，当低压电源的电压值小于高压电源的电压指的一半时，需控制各开关管的占空比大于0.5，则三电平双向直流变换器的工作状态包括顺序循环的第四工作状态W4、第五工作状态W5、第四工作状态W4和第六工作状态W6；
其中，在第四工作状态W4，第一MOS管Q1、第二MOS管Q1A、第三MOS管Q2、第四MOS管Q2A处于开通状态，第五MOS管Q3、第六MOS管Q3A、第七MOS管Q4、第八MOS管Q4A处于关断状态；
在第五工作状态W5，第一MOS管Q1、第二MOS管Q1A、第七MOS管Q4、第八MOS管Q4A处于开通状态，第三MOS管Q2、第四MOS管Q2A、第五MOS管Q3、第六MOS管Q3A处于关断状态；
在第六工作状态W6，第一MOS管Q1、第二MOS管Q1A、第七MOS管Q4、第八MOS管Q4A处于关断状态，第三MOS管Q2、第四MOS管Q2A、第五MOS管Q3、第六MOS管Q3A处于开通状态。
以电池放电过程为例，基于图5的控制波形，上述各工作状态的升压功率流向如图6中的虚线箭头所示。
当三电平双向直流变换器由第四工作状态W4切换到第五工作状态W5时，第三MOS管Q2、第四MOS管Q2A关断，第七MOS管Q4、第八MOS管Q4A开通。其中，第三MOS管Q2相较于第四MOS管Q2A后关断，可知第三MOS管Q2为硬关断，第四MOS管Q2A为软关断。第七MOS管Q4相较于第八MOS管Q4A先开通，由于第四二极管D4续流，第七MOS管Q4和第八MOS管Q4A均为软开通。
当三电平双向直流变换器由第五工作状态W5切换到第四工作状态W4时，第七MOS管Q4、第八MOS管Q4A关断，第三MOS管Q2、第四MOS管Q2A导通。其中，第七MOS管Q4相较于第八MOS管Q4A后关断，由于第八MOS管Q4A关断自然换流到第四二极管D4，可知第七MOS管Q4和第八MOS管Q4A均为软关断。第三MOS管Q2相较于第四MOS管Q2A先开通，可知第三MOS管Q2为硬开通，第四MOS管Q2A为软开通。
当三电平双向直流变换器由第四工作状态W4切换到第六工作状态W6时，第一MOS管Q1、第二MOS管Q1A关断，第五MOS管Q3、第六MOS管Q3A开通。其中，第一MOS管Q1相较于第二MOS管Q1A后关断，可知第二MOS管Q1A为软关断，第一MOS管Q1为硬关断。第五MOS管Q3相较于第六MOS管Q3A先开通，由于第三二极管D3续流，可知第五MOS管Q3和第六MOS管Q3A均为软开通。
当三电平双向直流变换器由第六工作状态W6切换到第四工作状态W4时，第五MOS管Q3、第六MOS管Q3A关断，第一MOS管Q1、第二MOS管Q1A开通。其中，第五MOS管Q3相较于第六MOS管Q3A先关断，第六MOS管Q3A关断时电流自然换流到第三二极管D3，可知第五MOS管Q3和第六MOS管Q3A均为软关断。第一MOS管Q1相较于第二MOS管Q1A先开通，可知第一MOS管Q1为硬开通，第二MOS管Q1A为软开通。
由此可知，在开关管占空比大于0.5的控制过程中，三电平双向直流变换器中只有第一MOS管Q1和第三MOS管Q2为硬开关，而其余MOS管均为软开关，从而极大减小了开关损耗，提高了开关效率，且没有MOS管体二极管反向恢复问题，减少由开关管发热或过应力导致的损坏，提高了产品可靠性。
图7为本申请实施例提供的多路高压直流变换器中未工作的三电平双向直流变换器的功率流向示意图。
如图7中的虚线箭头所示，在多路高压直流变换器拓扑中，当某一路三电平双向直流变换器在工作时，此时母线电压较高，而其中另一路电池电压低输入侧继电器K1未吸合，那么该路三电平双向直流变换器的飞跨电容Cfly电压和输入电压均为0，此时第四二极管D4承受整个母线电压，这种情况可能导致第四二极管D4被母线电压击穿。
故在上述实施例的基础上，在本申请实施例提供的三电平双向直流变换器中，当高压电源一侧为多路并联共母线时，若母线上存在处于工作状态的三电平双向直流变换器，则母线上未处于工作状态的三电平双向直流变换器中第四二极管D4并联的靠近第四二极管D4阴极一侧的MOS管（即第七MOS管Q4）处于开通状态。
当第七MOS管Q4处于开通状态时，第四二极管D4两端不会承受母线电压，从而对第四二极管D4进行了有效的保护。
上文详述了三电平双向直流变换器对应的各个实施例，在此基础上，本申请还公开了与上述三电平双向直流变换器对应的三电平双向直流变换器的控制系统。
本申请实施例提供的三电平双向直流变换器的控制系统，包括上述任意一项实施例提供的三电平双向直流变换器，还包括：
用于控制各MOS管的工作状态的控制器。
由于三电平双向直流变换器的控制系统部分的实施例与三电平双向直流变换器部分的实施例相互对应，因此三电平双向直流变换器的控制系统部分的实施例请参见三电平双向直流变换器部分的实施例的描述，这里暂不赘述。
上文详述了三电平双向直流变换器对应的各个实施例，在此基础上，本申请还公开了与上述三电平双向直流变换器对应的三电平双向直流变换器的控制方法。
本申请实施例提供的三电平双向直流变换器的控制方法，应用于三电平双向直流变换器，三电平双向直流变换器包括：第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4和飞跨电容Cfly；
其中，第一二极管D1的阴极、第三二极管D3的阳极与低压电源的正极连接，第一二极管D1的阳极、第二二极管D2的阴极与飞跨电容Cfly的第二端连接，第二二极管D2的阳极与低压电源的负极、高压电源的负极连接，第三二极管D3的阴极、第四二极管D4的阳极与飞跨电容Cfly的第一端连接，第四二极管D4的阴极与高压电源的正极连接；
第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4各自均并联有两个共源极的MOS管；
本申请实施例提供的三电平双向直流变换器的控制方法包括：在第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4各二极管对应的开关控制区间内，靠近二极管阴极一侧的MOS管相较于靠近二极管阳极一侧的MOS管先开通、后关断。
进一步的，本申请实施例提供的三电平双向直流变换器的控制方法还包括：
当高压电源一侧为多路并联共母线时，若母线上存在处于工作状态的三电平双向直流变换器，则控制母线上未处于工作状态的三电平双向直流变换器中第四二极管并联D4的靠近第四二极管D4阴极一侧的MOS管（即第七MOS管Q4）处于开通状态。
进一步的，三电平双向直流变换器还包括：第五二极管D5、第六二极管D6、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第一电感L1；
其中，第一电容C1的第一端、第一电感L1的第一端与低压电源的正极连接，第一电容C1的第二端、第三电容C3的第二端与低压电源的负极、高压电源的负极连接，第二电容C2的第二端与第三电容C3的第一端连接。
由于三电平双向直流变换器的控制方法部分的实施例与三电平双向直流变换器部分的实施例相互对应，因此三电平双向直流变换器的控制方法部分的实施例请参见三电平双向直流变换器部分的实施例的描述，这里暂不赘述。
以上对本申请所提供的一种三电平双向直流变换器及其控制系统、控制方法进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的三电平双向直流变换器控制系统和控制方法而言，由于其与实施例公开的三电平双向直流变换器相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见三电平双向直流变换器部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (7)

1.一种三电平双向直流变换器，其特征在于，包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管和飞跨电容；
其中，所述第一二极管的阴极、所述第三二极管的阳极与低压电源的正极连接，所述第一二极管的阳极、所述第二二极管的阴极与所述飞跨电容的第二端连接，所述第二二极管的阳极与所述低压电源的负极、高压电源的负极连接，所述第三二极管的阴极、所述第四二极管的阳极与所述飞跨电容的第一端连接，所述第四二极管的阴极与所述高压电源的正极连接；
所述第一二极管、所述第二二极管、所述第三二极管和所述第四二极管各自均并联有两个共源极的MOS管；在所述第一二极管、所述第二二极管、所述第三二极管和所述第四二极管各二极管对应的开关控制区间内，靠近所述第一二极管阴极一侧的所述MOS管相较于靠近所述第一二极管阳极一侧的所述MOS管先开通、后关断，靠近所述第二二极管阴极一侧的所述MOS管相较于靠近所述第二二极管阳极一侧的所述MOS管先开通、后关断，靠近所述第三二极管阴极一侧的所述MOS管相较于靠近所述第三二极管阳极一侧的所述MOS管先开通、后关断，靠近所述第四二极管阴极一侧的所述MOS管相较于靠近所述第四二极管阳极一侧的所述MOS管先开通、后关断。
2.根据权利要求1所述的三电平双向直流变换器，其特征在于，当所述高压电源一侧为多路并联共母线时，若所述母线上存在处于工作状态的三电平双向直流变换器，则所述母线上未处于工作状态的三电平双向直流变换器中所述第四二极管并联的靠近所述第四二极管阴极一侧的所述MOS管处于开通状态。
3.根据权利要求1所述的三电平双向直流变换器，其特征在于，还包括：第五二极管、第六二极管、第一电容、第二电容、第三电容和第一电感；
其中，所述第一电容的第一端、所述第一电感的第一端、所述第六二极管的阳极与所述低压电源的正极连接，所述第一电容的第二端、所述第三电容的第二端与所述低压电源的负极、所述高压电源的负极连接，所述第二电容的第二端与所述第三电容的第一端连接，所述第一电感的第二端与所述第一二极管的阴极连接，所述第五二极管的阳极与所述飞跨电容的第二端连接，所述第五二极管的阴极与所述第二电容的第二端连接，所述第六二极管的阴极、所述第二电容的第一端与所述高压电源的正极连接。
4.一种三电平双向直流变换器的控制系统，其特征在于，包括权利要求1至3任意一项所述的三电平双向直流变换器，还包括：
用于控制各MOS管的工作状态的控制器。
5.一种三电平双向直流变换器的控制方法，其特征在于，应用于三电平双向直流变换器，所述三电平双向直流变换器包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管和飞跨电容；
其中，所述第一二极管的阴极、所述第三二极管的阳极与低压电源的正极连接，所述第一二极管的阳极、所述第二二极管的阴极与所述飞跨电容的第二端连接，所述第二二极管的阳极与所述低压电源的负极、高压电源的负极连接，所述第三二极管的阴极、所述第四二极管的阳极与所述飞跨电容的第一端连接，所述第四二极管的阴极与所述高压电源的正极连接；
所述第一二极管、所述第二二极管、所述第三二极管和所述第四二极管各自均并联有两个共源极的MOS管；
控制方法包括：在所述第一二极管、所述第二二极管、所述第三二极管和所述第四二极管各二极管对应的开关控制区间内，靠近所述第一二极管阴极一侧的所述MOS管相较于靠近所述第一二极管阳极一侧的所述MOS管先开通、后关断，靠近所述第二二极管阴极一侧的所述MOS管相较于靠近所述第二二极管阳极一侧的所述MOS管先开通、后关断，靠近所述第三二极管阴极一侧的所述MOS管相较于靠近所述第三二极管阳极一侧的所述MOS管先开通、后关断，靠近所述第四二极管阴极一侧的所述MOS管相较于靠近所述第四二极管阳极一侧的所述MOS管先开通、后关断。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，还包括：
当所述高压电源一侧为多路并联共母线时，若所述母线上存在处于工作状态的三电平双向直流变换器，则控制所述母线上未处于工作状态的三电平双向直流变换器中所述第四二极管并联的靠近所述第四二极管阴极一侧的所述MOS管处于开通状态。
7.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述三电平双向直流变换器还包括：第五二极管、第六二极管、第一电容、第二电容、第三电容和第一电感；
其中，所述第一电容的第一端、所述第一电感的第一端、所述第六二极管的阳极与所述低压电源的正极连接，所述第一电容的第二端、所述第三电容的第二端与所述低压电源的负极、所述高压电源的负极连接，所述第二电容的第二端与所述第三电容的第一端 连接，所述第一电感的第二端与所述第一二极管的阴极连接，所述第五二极管的阳极与所述飞跨电容的第二端连接，所述第五二极管的阴极与所述第二电容的第二端连接，所述第六二极管的阴极、所述第二电容的第一端与所述高压电源的正极连接。
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