CN118631015A - 控制电路供电装置和方法、供电系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种控制电路供电装置和方法、供电系统，包括第一控制电源和第二控制电源；第一控制电源用于输出第一控制电源的输出电压；第二控制电源用于输出第二控制电源的输出电压；第二控制电源的输出端与第一控制电源的输出端串联。本申请适用于高输入电压的三电平电路，控制电源分别从不同分压电容上取电，扩充了常规电压器件的适用范围，大幅度降低了控制电源的复杂度和成本；处理器能够对三电平电路的中点电位进行检测，通过实时调整输出电压参考值，实现了中点电位平衡功能，降低了供电系统的整体损耗。

Description

控制电路供电装置和方法、供电系统

技术领域

本申请属于电学技术领域，涉及一种控制电路供电装置和方法、供电系统。

背景技术

功率电路中的控制电源一般是小功率电源，用于维持内部控制电路的供电。在交流输入的场合，控制电源有着成熟稳定的实现方案，在输入电压不太高的情况下可以用线性电源；如果希望减少损耗，可以在功率变换变压器上安装辅助绕组产生控制电源；在大功率场合，也可以在输入电压上直接并联一个隔离的小功率电源作为控制电源。

当输入为直流时，尤其是在输入的直流电压比较高的大功率场合，比如450V以上时，为了降低电压应力，主电路往往采用三电平电路。这时如果用三电平电路产生控制电源，则成本过高，无法接受；如果用输入的高压直流产生一个线性电源，则损耗过大；变压器辅助绕组的方案一般用于频率和占空比范围较小的场合，在复杂的大功率电路场合不一定适用。

三电平电路的输入侧有一对串联的电容，电容中点必须保持与输入正端和输出负端的电压相等，否则会影响整个电路的正常运行。因此运行时必须时刻检测电容中点电位，一旦有所偏离，必须采取措施予以纠正。现有的纠正方法有两类：一类是给每个电容并联一个电阻和开关串联的支路，如果正端电容电压过高，就把与正端电阻相连的开关闭合，给正端电容放电；如果负端电容电压过高，就把与正端电阻相连的开关闭合，给负端电容放电。这个方案控制逻辑简单易行，但是电阻上的损耗过大。另一类方法是通过主电路的控制来平衡中点电位，这类方法只能对特定的电路拓扑有效，比如三电平Buck电路每个开关周期交替从不同电容取电，如果发现某个电容电压过高，可以连续几个周期从这个电容取电，从而实现中点电位的平衡，但这个方案对于三电平逆变器等其它电路拓扑就并不适合。

发明内容

本申请的目的在于提供一种控制电路供电装置和方法、供电系统，用于解决现有技术中由于输入高电压直流，三电平电路存在控制电源成本高、供电损耗大、控制电源不通用的技术问题。

第一方面，本申请提供一种控制电路供电装置，包括第一控制电源和第二控制电源；

所述第一控制电源用于输入三电平电路中第一分压电容的实时电压和第一控制电源的输出电压参考值，并基于所述第一分压电容的实时电压和所述第一控制电源的输出电压参考值输出第一控制电源的输出电压；

所述第二控制电源用于输入三电平电路中第二分压电容的实时电压和第二控制电源的输出电压参考值，并基于所述第二分压电容的实时电压和所述第二控制电源的输出电压参考值输出第二控制电源的输出电压；

所述第二控制电源的输出端与所述第一控制电源的输出端串联。

在第一方面的一种实现方式中，所述第一控制电源的输出电压和第二控制电源的输出电压之和为控制电源电压。

在第一方面的一种实现方式中，还包括参考电压产生模块，所述参考电压产生模块用于输入三电平电路中第一分压电容的实时电压和第二分压电容的实时电压，并基于所述第一分压电容的实时电压获取所述第一控制电源的输出电压参考值，基于第二分压电容的实时电压获取所述第二控制电源的输出电压参考值。

在第一方面的一种实现方式中，所述第一控制电源包括第一输入端、第二输入端和第三输入端；

所述第一控制电源的第一输入端与三电平电路的正母线相连；

所述第一控制电源的第二输入端与所述三电平电路的零母线相连；

所述第一控制电源的第三输入端与参考电压产生模块相连。

在第一方面的一种实现方式中，所述第二控制电源包括第一输入端、第二输入端和第三输入端；

所述第二控制电源的第一输入端与三电平电路的负母线相连；

所述第二控制电源的第二输入端与所述三电平电路的零母线相连；

所述第二控制电源的第三输入端与参考电压产生模块相连。

在第一方面的一种实现方式中，所述第一控制电源和所述第二控制电源采用内部电路相同的隔离型DC/DC电源。

在第一方面的一种实现方式中，所述参考电压产生模块包括第一降压差分放大电路和第二降压差分放大电路；

所述第一降压差分放大电路的第一输入端与三电平电路的正母线相连，第二输入端与所述三电平电路的零母线相连，用于输入三电平电路中第一分压电容的实时电压，并对第一分压电容的实时电压进行放大；

所述第二降压差分放大电路的第一输入端与所述三电平电路的负母线相连，第二输入端与所述三电平电路的零母线相连，用于输入三电平电路中第二分压电容的实时电压，并对第二分压电容的实时电压进行放大。

在第一方面的一种实现方式中，所述参考电压产生模块包括处理器，所述处理器包括第一端口、第二端口、第三端口、第四端口、第五端口和第六端口；

所述第一端口与第一降压差分放大电路的输出端相连，用于输入放大后的第一分压电容的实时电压；

所述第二端口与第二降压差分放大电路的输出端相连，用于输入放大后的第二分压电容的实时电压；

所述第三端口用于输出第一数字信号；

所述第四端口用于输出第二数字信号；

所述第五端口与控制电源电压的正向端相连；

所述第六端口与控制电源电压的负向端相连。

在第一方面的一种实现方式中，所述参考电压产生模块还包括第一隔离滤波电路和第二隔离滤波电路；

所述第一隔离滤波电路的输入端与处理器的第三端口相连，输出端与第一控制电源的第三输入端相连，用于在电气隔离后提取第一数字信号中的直流分量，以产生第一控制电源的输出电压参考值；

所述第二隔离滤波电路的输入端与处理器的第四端口相连，输出端与第二控制电源的第三输入端相连，用于在电气隔离后提取第二数字信号中的直流分量，以产生第二控制电源的输出电压参考值。

在第一方面的一种实现方式中，所述第一控制电源的输出电压参考值用于通过控制所述第一控制电源平衡三电平电路的中点电位电压。

在第一方面的一种实现方式中，所述第二控制电源的输出电压参考值用于通过控制所述第二控制电源平衡三电平电路的中点电位电压。

在第一方面的一种实现方式中，还包括第一运算电路和第二运算电路；

所述第一运算电路的输入端与所述参考电压产生模块的输出端相连，输出端与所述第一控制电源相连，用于根据所述第一控制电源的输出电压参考值修正第一控制电源的输出电压反馈值；

所述第二运算电路的输入端与所述参考电压产生模块的输出端相连，输出端与所述第二控制电源相连，用于根据所述第二控制电源的输出电压参考值修正第二控制电源的输出电压反馈值。

第二方面，本申请提供一种控制电路供电方法，包括以下步骤：

输入三电平电路中第一分压电容的实时电压和第一控制电源的输出电压参考值，并基于所述第一分压电容的实时电压和所述第一控制电源的输出电压参考值输出第一控制电源的输出电压；

输入三电平电路中第二分压电容的实时电压和第二控制电源的输出电压参考值，并基于所述第二分压电容的实时电压和所述第二控制电源的输出电压参考值输出第二控制电源的输出电压。

在第二方面的一种实现方式中，所述第一控制电源的输出电压和第二控制电源的输出电压之和为控制电源电压。

在第二方面的一种实现方式中，还包括获取所述第一控制电源的输出电压参考值和所述第二控制电源的输出电压参考值，所述获取第一控制电源的输出电压参考值包括以下步骤：

输入三电平电路中第一分压电容的实时电压，并对所述第一分压电容的实时电压进行放大；

基于放大后的所述第一分压电容的实时电压计算第一数字信号；

在电气隔离后提取所述第一数字信号中的直流分量，以产生第一控制电源的输出电压参考值。

在第二方面的一种实现方式中，基于放大后的所述第一分压电容的实时电压计算第一数字信号包括采用以下公式计算所述第一数字信号：

Vout1,ref_D1＝Vin1/(Vin*Vctrl,ref)

其中Vin1为三电平电路中第一分压电容的实时电压，Vin为三电平电路的输入总电压，Vctrl,ref为控制电源的总输出电压参考值，Vout1,ref_D1为所述第一数字信号。

在第二方面的一种实现方式中，还包括获取所述第一控制电源的输出电压参考值和所述第二控制电源的输出电压参考值，所述获取第二控制电源的输出电压参考值包括以下步骤：

输入三电平电路中第二分压电容的实时电压，并对第二分压电容的实时电压进行放大；

基于放大后的所述第二分压电容的实时电压计算第二数字信号；

在电气隔离后提取所述第二数字信号中的直流分量，以产生第二控制电源的输出电压参考值。

在第二方面的一种实现方式中，基于放大后的所述第二分压电容的实时电压计算第二数字信号包括采用以下公式计算所述第二数字信号：

Vout2,ref_D2＝Vin2/(Vin*Vctrl,ref)

其中Vin2为第二分压电容的实时电压，Vin为三电平电路的输入总电压，Vctrl,ref为控制电源的总输出电压参考值，Vout2,ref_D2为所述第二数字信号。

在第二方面的一种实现方式中，还包括以下步骤：

根据所述第一控制电源的输出电压参考值修正第一控制电源的输出电压反馈值；

根据所述第二控制电源的输出电压参考值修正第二控制电源的输出电压反馈值。

在第二方面的一种实现方式中，采用以下公式修正所述第一控制电源的输出电压反馈值：

Vfb1＝Vout1–(Vref–Vout1,ref)

其中Vout1为第一控制电源的输出电压反馈值，Vref为第一控制电源和第二控制电源内部的固定参考值，Vout1,ref为第一控制电源的输出电压参考值，Vfb1为修正后的第一控制电源的输出电压反馈值。

在第二方面的一种实现方式中，采用以下公式修正所述第二控制电源的输出电压反馈值：

Vfb2＝Vout2–(Vref–Vout2,ref)

其中Vout2为第二控制电源的输出电压反馈值，Vref为第一控制电源和第二控制电源内部的固定参考值，Vout2,ref为第二控制电源的输出电压参考值，Vfb2为修正后的第二控制电源的输出电压反馈值。

第三方面，本申请提供一种供电系统，应用于直流电源充电模块，包括上述任一项所述的控制电路供电装置、电源控制器和三电平开关变换器；

所述电源控制器用于基于所述控制电路供电装置提供的控制电源电压产生控制信号；

所述三电平开关变换器用于接收所述控制信号，并基于所述控制信号切断或导通所述控制电路供电装置的控制电源电压传递。

如上所述，本申请所述的控制电路供电装置和方法、供电系统，具有以下有益效果：

(1)适用于高输入电压的三电平电路，控制电源无需承担输入的高电压，而是分别从不同分压电容上取电，扩充了常规电压器件的适用范围，大幅度降低了控制电源的复杂度和成本；

(2)处理器能够对三电平电路的中点电位进行检测，通过实时调整输出电压参考值，实现了中点电位平衡功能，降低了供电系统的整体损耗。

附图说明

图1显示为本申请的控制电路供电装置于一实施例中的结构示意图。

图2显示为本申请的控制电路供电装置于一实施例中的三电平BUCK电路结构示意图。

图3显示为本申请的控制电路供电装置于另一实施例中的结构示意图。

图4A显示为本申请的控制电路供电装置于一实施例中的电路原理图。

图4B显示为本申请的控制电路供电装置于另一实施例中的电路原理图。

图5A显示为本申请的控制电路供电方法于一实施例中的流程图。

图5B显示为本申请的控制电路供电方法于另一实施例中的流程图。

图6显示为本申请的供电系统于一实施例中的结构示意图。

元件标号说明

1 控制电路供电装置

11 第一控制电源

12 第二控制电源

13 参考电压产生模块

2 三电平电路

21 三电平开关变换器

3 电源控制器

S10～S13 方法步骤

S101、S102方法步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，遂图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在本申请中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

本申请以下实施例提供了一种控制电路供电装置和方法、供电系统，有效解决了现有技术中由于输入高电压直流，三电平电路存在控制电源成本高、供电损耗大、控制电源不通用的技术问题。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详细描述。

请参阅图1，显示为本申请的控制电路供电装置于一实施例中的结构示意图。如图1所示，本实施例提供一种控制电路供电装置1，包括第一控制电源11和第二控制电源12。

所述第一控制电源11用于输入三电平电路2中第一分压电容的实时电压Vin1和第一控制电源的输出电压参考值Vout1,ref，并基于所述第一分压电容的实时电压Vin1和所述第一控制电源的输出电压参考值Vout1,ref输出第一控制电源的输出电压。

具体地，第一控制电源11包括第一输入端、第二输入端和第三输入端，其中第一控制电源11的第一输入端与三电平电路2的正母线相连，第二输入端与三电平电路2的零母线相连，用于输入三电平电路2中第一分压电容的实时电压Vin1，第三输入端用于输入第一控制电源的输出电压参考值Vout1,ref。

需要说明的是，图1中第一控制电源11与三电平电路2之间的加粗连接线包括正母线端与第一控制电源第一输入端之间的连接线，以及零母线端与第一控制电源第二输入端之间的连接线，第一控制电源第一输入端和第二输入端在图中未示出。

所述第二控制电源12用于输入三电平电路中第二分压电容的实时电压Vin2和第二控制电源的输出电压参考值Vout2,ref，并基于所述第二分压电容的实时电压Vin2和所述第二控制电源的输出电压参考值Vout2,ref输出第二控制电源的输出电压。

具体地，第二控制电源12包括第一输入端、第二输入端和第三输入端，其中第二控制电源12的第一输入端与三电平电路2的负母线相连，第二输入端与三电平电路2的零母线相连，用于输入三电平电路2中第二分压电容的实时电压Vin2，第三输入端用于输入第二控制电源的输出电压参考值Vout2,ref。

需要说明的是，图1中第二控制电源12与三电平电路2之间的加粗连接线包括负母线端与第二控制电源第一输入端之间的连接线，以及零母线端与第二控制电源第二输入端之间的连接线，第二控制电源第一输入端和第二输入端在图中未示出。

本实施例中第一分压电容的实时电压Vin1是指三电平电路中正母线端与零母线端(即电容中点)之间的电压差；第二分压电容的实时电压Vin2是指三电平电路中零母线端(即电容中点)与负母线端之间的电压差。

于一实施例中，所述第一控制电源的输出电压和第二控制电源的输出电压之和为控制电源电压。需要说明的是，控制电源电压为预设固定值，在本申请的供电装置工作过程中始终保持不变。

第二控制电源12的输出端与第一控制电源11的输出端串联，故流经两个控制电源的输出电流理论上是相同的；当两个控制电源输出电压反馈值一致时，输出功率也将保持一致；当其中一个控制电源的输出电压反馈值升高，则意味着该控制电源的输出功率将增大，为了保证中点电位平衡，可以促使电压升高的分压电容快速放电；反之，当其中一个控制电源的输出电压反馈值降低，则意味着该控制电源的输出功率将减小，为了保证中点电位平衡，可以促使电压降低的分压电容快速充电。

本实施例中，第一控制电源11和第二控制电源12采用内部电路相同的隔离型DC/DC电源，用以对电源系统实现隔离、降低噪声、电压转换、稳压和保护功能。

具体地，DC/DC模块电源采用隔离式设计，可以有效的隔离来自一次侧设备带来的共模干扰对系统的影响，使负载能够稳定的工作。例如，在实际应用中，母线电压多为24V，DC/DC电源通过电压转换，可以生成不同负载所需要的不同供电电压；DC/DC电源还可以实现宽压输入，稳压输出，并在电源可能出现异常的情况下，能够保护系统的负载和本身不被损坏。

本实现方式中，适用于高输入电压的三电平电路，控制电源无需承担输入的高电压，而是分别从不同分压电容上取电，扩充了常规电压器件的适用范围，大幅度降低了控制电源的复杂度和成本。

需要说明的是，本申请中的三电平电路输入端包括至少一对串联的分压电容，当存在两对及其以上的分压电容时，所述两对及其以上的分压电容并联，用于提供高电平Vin/2、零电平0V和低电平-Vin//2三种状态电平，其中Vin为三电平电路的输入总电压。三电平电路可以采用不同的拓扑结构，例如，Buck、Boost、Buck-Boost和Cuk等，即不同拓扑结构的三电平电路均适用于本申请。以下将以三电平Buck电路为例，示意性地描述三电平电路的结构和工作原理。

请参阅图2，显示为本申请的控制电路供电装置于一实施例中的三电平BUCK电路结构示意图。如图2所示，三电平Buck电路中包括直流电源、MOS管Q1和Q2、电容C1、C2和Cout、续流二极管D1和D2、电感L1和电阻Rload。

具体地，直流电源用于提供三电平电路的输入总电压Vin；电容C1和电容C2串联，电容C1为第一分压电容，C1的上端为三电平电路的正母线端，C1的下端和C2的上端共零母线端，C1两端的实时电压为第一分压电容实时电压；电容C2为第二分压电容，C2的下端为三电平电路的负母线端，C2两端的实时电压为第二分压电容实时电压。为了保证系统的稳定运行，需要确保零母线端与正母线端和负母线端之间的电压保持一致。

在MOS管Q1导通时，MOS管Q2导通，续流二极管D1和D2截止，电感L1电流线性增加并储能，电容Cout充电储能；在MOS管Q1关断时，MOS管Q2关断，电感L1、电容Cout、电阻Rload、续流二极管D1和D2构成闭合环路，电感L1释放能量，电容Cout放电。

请参阅图3，显示为本申请的控制电路供电装置于另一实施例中的结构示意图。本实施例中图3和图1的区别在于，本申请的控制电路供电装置还包括参考电压产生模块13，所述参考电压产生模块13用于输入三电平电路2中第一分压电容的实时电压和第二分压电容的实时电压，并基于所述第一分压电容的实时电压获取所述第一控制电源的输出电压参考值，基于第二分压电容的实时电压获取所述第二控制电源的输出电压参考值。

具体地，参考电压产生模块的输入端与三电平电路相连，用于输入三电平电路中第一分压电容的实时电压和第二分压电容的实时电压；参考电压产生模块的输出端与第一控制电源和第二控制电源相连，用于向第一控制电源输入第一控制电源的输出电压参考值，向第二控制电源输入第二控制电源的输出电压参考值。

请参阅图4A，显示为本申请的控制电路供电装置于一实施例中的电路原理图。如图4A所示，呈现了与图3原理一致的电路连接方式，所述参考电压产生模块13包括第一降压差分放大电路和第二降压差分放大电路。

具体地，所述第一降压差分放大电路的第一输入端与三电平电路的正母线相连，第二输入端与所述三电平电路的零母线相连，用于输入三电平电路中第一分压电容的实时电压，并对第一分压电容的实时电压进行放大。

所述第二降压差分放大电路的第一输入端与所述三电平电路的负母线相连，第二输入端与所述三电平电路的零母线相连，用于输入三电平电路中第一分压电容的实时电压，并对第二分压电容的实时电压进行放大。

于一实施例中，本申请的参考电压产生模块13还包括处理器。所述处理器包括第一端口AD1、第二端口AD2、第三端口PWM1、第四端口PWM2、第五端口Vdd和第六端口Vss。

所述第一端口AD1与第一降压差分放大电路的输出端相连，用于输入放大后的第一分压电容的实时电压。

所述第二端口AD2与第二降压差分放大电路的输出端相连，用于输入放大后的第二分压电容的实时电压。

所述第三端口PWM1用于输出第一数字信号。

所述第四端口PWM2用于输出第二数字信号。

所述第五端口Vdd与控制电源电压的正向端Vctrl+相连。

所述第六端口Vss与控制电源电压的负向端Vctrl﹣相连。

本申请中的控制电源电压用于向处理器供电，以保证处理器能够正常运行。具体地，处理器分别对第一分压电容的实时电压Vin1和第二分压电容的实时电压Vin2进行加工和处理，以获取第一数字信号Vout1,ref_D1和第二数字信号Vout2,ref_D2。于一实施例中，采用以下公式计算第一数字信号和第二数字信号：

Vout1,ref_D1＝Vin1/(Vin*Vctrl,ref)

Vout2,ref_D2＝Vin2/(Vin*Vctrl,ref)

其中Vin1为三电平电路中第一分压电容的实时电压，Vin2为第二分压电容的实时电压，Vin为三电平电路的输入总电压，Vctrl,ref为控制电源的总输出电压参考值，Vout1,ref_D1为所述第一数字信号，Vout2,ref_D2为所述第二数字信号。需要说明的是，Vctrl,ref为预设固定值，在整个调节过程中都保持不变。

需要说明的是，本实施例中的处理器可以是单片机、DSP或FPGA中的任意一种。

于一实施例中，所述参考电压产生模块13还包括第一隔离滤波电路和第二隔离滤波电路。

所述第一隔离滤波电路的输入端与处理器的第三端口PWM1相连，输出端与第一控制电源的第三输入端相连，用于在电气隔离后提取第一数字信号Vout1,ref_D1中的直流分量，以产生第一控制电源的输出电压参考值Vout1,ref。

所述第二隔离滤波电路的输入端与处理器的第四端口PWM2相连，输出端与第二控制电源的第三输入端相连，用于在电气隔离后提取第二数字信号Vout2,ref_D2中的直流分量，以产生第二控制电源的输出电压参考值Vout2,ref。

本实现方式中，第一隔离滤波电路和第二隔离滤波电路具有数字隔离、低通滤波和数模转换的功能，经过第一隔离滤波电路和第二隔离滤波电路的加工和处理后，第一数字信号和第二数字信号将被还原成模拟量。

第一控制电源的输出电压参考值用于通过控制第一控制电源平衡三电平电路的中点电位电压。例如，当第一控制电源的输出电压参考值大于预设阈值时，则对第一分压电容进行放电；当第一控制电源的输出电压参考值小于预设阈值时，则对第一分压电容进行充电。

同样地，第二控制电源的输出电压参考值用于通过控制第二控制电源平衡三电平电路的中点电位电压。例如，当第二控制电源的输出电压参考值大于预设阈值时，则对第二分压电容进行放电；当第二控制电源的输出电压参考值小于预设阈值时，则对第二分压电容进行充电。

需要说明的是，本实施例中的预设阈值与控制电源内部固定参考值Vctrl,ref有关，其中控制电源内部固定参考值Vctrl,ref可以是外部给定，也可以由控制芯片给定。当中点电位平衡时，该预设阈值为控制电源内部固定参考值Vctrl,ref的一半。

本实现方式中，参考电压产生模块能够对三电平电路的中点电位进行检测，通过实时调整输出电压参考值，实现了中点电位平衡功能，降低了供电系统的整体损耗。

请参阅图4B，显示为本申请的控制电路供电装置于另一实施例中的电路原理图。本实施例中图4B和图4A的区别在于，图4B所示的控制电路供电装置还包括第一运算电路和第二运算电路。

所述第一运算电路的输入端与所述参考电压产生模块的输出端相连，输出端与所述第一控制电源相连，用于根据所述第一控制电源的输出电压参考值修正第一控制电源的输出电压反馈值。

具体地，第一运算电路采用以下公式修正所述第一控制电源的输出电压反馈值：

Vfb1＝Vout1–(Vctrl,ref–Vout1,ref)

其中Vout1为第一控制电源的输出电压反馈值，Vctrl,ref为第一控制电源和第二控制电源内部的固定参考值，Vout1,ref为第一控制电源的输出电压参考值，Vfb1为修正后的第一控制电源的输出电压反馈值。

所述第二运算电路的输入端与所述参考电压产生模块的输出端相连，输出端与所述第二控制电源相连，用于根据所述第二控制电源的输出电压参考值修正第二控制电源的输出电压反馈值。

具体地，第二运算电路采用以下公式修正所述第二控制电源的输出电压反馈值：

Vfb2＝Vout2–(Vctrl,ref–Vout2,ref)

其中Vout2为第二控制电源的输出电压反馈值，Vctrl,ref为第一控制电源和第二控制电源内部的固定参考值，Vout2,ref’为第二控制电源的输出电压参考值，Vfb2为修正后的第二控制电源的输出电压反馈值。

理论上，由于第一控制电源和第二控制电源采用内部电路相同的隔离型DC/DC电源，故在三电平电路中点电位平衡的前提下，第一控制电源的输出电压反馈值等于第二控制电源的输出电压反馈值，均为控制电源电压的一半。

请参阅图5A，显示为本申请的控制电路供电方法于一实施例中的流程图。如图5A所示，本实施例提供一种控制电路供电方法，包括以下步骤：

S11、输入三电平电路中第一分压电容的实时电压和第一控制电源的输出电压参考值，并基于所述第一分压电容的实时电压和所述第一控制电源的输出电压参考值输出第一控制电源的输出电压。

S12、输入三电平电路中第二分压电容的实时电压和第二控制电源的输出电压参考值，并基于所述第二分压电容的实时电压和所述第二控制电源的输出电压参考值输出第二控制电源的输出电压。

于一实施例中，所述第一控制电源的输出电压和第二控制电源的输出电压之和为控制电源电压。

请参阅图5B，显示为本申请的控制电路供电方法于另一实施例中的流程图。本申请的图5B和图5A的电路区别在于，图5B所示的控制电路供电方法还包括以下步骤：

S10、获取所述第一控制电源的输出电压参考值和所述第二控制电源的输出电压参考值。

S101、所述获取第一控制电源的输出电压参考值包括以下步骤：

输入三电平电路中第一分压电容的实时电压，并对所述第一分压电容的实时电压进行放大；基于放大后的所述第一分压电容的实时电压计算第一数字信号；在电气隔离后提取所述第一数字信号中的直流分量，以产生第一控制电源的输出电压参考值。

于一实施例中，基于放大后的所述第一分压电容的实时电压计算第一数字信号包括采用以下公式计算所述第一数字信号：

Vout1,ref_D1＝Vin1/(Vin*Vctrl,ref)

其中Vin1为三电平电路中第一分压电容的实时电压，Vin为三电平电路的输入总电压，Vctrl,ref为控制电源的总输出电压参考值，Vout1,ref_D1为所述第一数字信号。

S102、所述获取第二控制电源的输出电压参考值包括以下步骤：

输入三电平电路中第二分压电容的实时电压，并对第二分压电容的实时电压进行放大；

基于放大后的所述第二分压电容的实时电压计算第二数字信号；

在电气隔离后提取所述第二数字信号中的直流分量，以产生第二控制电源的输出电压参考值。

于一实施例中，基于放大后的所述第二分压电容的实时电压计算第二数字信号包括采用以下公式计算所述第二数字信号：

Vout2,ref_D2＝Vin2/(Vin*Vctrl,ref)

其中Vin2为第二分压电容的实时电压，Vin为三电平电路的输入总电压，Vctrl,ref为控制电源的总输出电压参考值，Vout2,ref_D2为所述第二数字信号。

S13、根据所述第一控制电源的输出电压参考值修正第一控制电源的输出电压反馈值；根据所述第二控制电源的输出电压参考值修正第二控制电源的输出电压反馈值。

于一实施例中，采用以下公式修正所述第一控制电源的输出电压反馈值：

Vfb1＝Vout1–(Vctrl,ref–Vout1,ref)

其中Vout1为第一控制电源的输出电压反馈值，Vref为第一控制电源和第二控制电源内部的固定参考值，Vout1,ref’为第一控制电源的输出电压参考值，Vfb1为修正后的第一控制电源的输出电压反馈值。

于一实施例中，采用以下公式修正所述第二控制电源的输出电压反馈值：

Vfb2＝Vout2–(Vctrl,ref–Vout2,ref)

其中Vout2为第二控制电源的输出电压反馈值，Vref为第一控制电源和第二控制电源内部的固定参考值，Vout2,ref为第二控制电源的输出电压参考值，Vfb2为修正后的第二控制电源的输出电压反馈值。

理论上，由于第一控制电源和第二控制电源采用内部电路相同的隔离型DC/DC电源，故在三电平电路中点电位平衡的前提下，第一控制电源的输出电压反馈值等于第二控制电源的输出电压反馈值，均为控制电源电压的一半。

请参阅图6，显示为本申请的供电系统于一实施例中的结构图。如图6所示，本实施例提供一种供电系统，应用于直流电源充电模块，包括上述任一项所述的控制电路供电装置1、电源控制器3和三电平开关变换器21。

电源控制器3用于基于控制电路供电装置1提供的控制电源电压产生控制信号。

三电平开关变换器21用于接收控制信号，并基于控制信号切断或导通控制电路供电装置的控制电源电压传递。

需要说明的是，本实施例中的三电平开关变换器21可以替换为三电平逆变器和三电平交流器中的任意一种，能达到类似效果的其他三电平电路同样适用于本申请。例如，当供电系统中包括控制电路供电装置、电源控制器和三电平逆变器时，该供电系统可应用于光伏发电。

本申请实施例所述的控制电路供电方法的保护范围不限于本实施例列举的步骤执行顺序，凡是根据本申请的原理所做的现有技术的步骤增减、步骤替换所实现的方案都包括在本申请的保护范围内。

需要说明的是，本申请实施例提供的控制电路供电装置可以实现本申请所述的控制电路供电方法，但本申请所述的控制电路供电方法的实现装置包括但不限于本实施例列举的控制电路供电装置的结构，凡是根据本申请的原理所做的现有技术的结构变形和替换，都包括在本申请的保护范围内。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置或方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅是示意性的，例如，模块/单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或单元可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的模块/单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块/单元显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块/单元来实现本申请实施例的目的。例如，在本申请各个实施例中的各功能模块/单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块/单元单独物理存在，也可以两个或两个以上模块/单元集成在一个模块/单元中。

本领域普通技术人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

上述各个附图对应的流程或结构的描述各有侧重，某个流程或结构中没有详述的部分，可以参见其他流程或结构的相关描述。

综上所述，本申请提供的控制电路供电装置和方法、供电系统适用于高输入电压的三电平电路，控制电源无需承担输入的高电压，而是分别从不同分压电容上取电，扩充了常规电压器件的适用范围，大幅度降低了控制电源的复杂度和成本；处理器能够对三电平电路的中点电位进行检测，通过实时调整输出电压参考值，实现了中点电位平衡功能，降低了供电系统的整体损耗。

上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims (22)

1.一种控制电路供电装置，其特征在于，包括第一控制电源和第二控制电源；

所述第一控制电源用于输入三电平电路中第一分压电容的实时电压和第一控制电源的输出电压参考值，并基于所述第一分压电容的实时电压和所述第一控制电源的输出电压参考值输出第一控制电源的输出电压；

所述第二控制电源用于输入三电平电路中第二分压电容的实时电压和第二控制电源的输出电压参考值，并基于所述第二分压电容的实时电压和所述第二控制电源的输出电压参考值输出第二控制电源的输出电压；

所述第二控制电源的输出端与所述第一控制电源的输出端串联。

2.根据权利要求1所述的控制电路供电装置，其特征在于，所述第一控制电源的输出电压和第二控制电源的输出电压之和为控制电源电压。

3.根据权利要求1所述的控制电路供电装置，其特征在于，还包括参考电压产生模块，所述参考电压产生模块用于输入三电平电路中第一分压电容的实时电压和第二分压电容的实时电压，并基于所述第一分压电容的实时电压获取所述第一控制电源的输出电压参考值，基于第二分压电容的实时电压获取所述第二控制电源的输出电压参考值。

4.根据权利要求1所述的控制电路供电装置，其特征在于，所述第一控制电源包括第一输入端、第二输入端和第三输入端；

所述第一控制电源的第一输入端与三电平电路的正母线相连；

所述第一控制电源的第二输入端与所述三电平电路的零母线相连；

所述第一控制电源的第三输入端与参考电压产生模块相连。

5.根据权利要求1所述的控制电路供电装置，其特征在于，所述第二控制电源包括第一输入端、第二输入端和第三输入端；

所述第二控制电源的第一输入端与三电平电路的负母线相连；

所述第二控制电源的第二输入端与所述三电平电路的零母线相连；

所述第二控制电源的第三输入端与参考电压产生模块相连。

6.根据权利要求1所述的控制电路供电装置，其特征在于，所述第一控制电源和所述第二控制电源采用内部电路相同的隔离型DC/DC电源。

7.根据权利要求3所述的控制电路供电装置，其特征在于，所述参考电压产生模块包括第一降压差分放大电路和第二降压差分放大电路；

所述第一降压差分放大电路的第一输入端与三电平电路的正母线相连，第二输入端与所述三电平电路的零母线相连，用于输入三电平电路中第一分压电容的实时电压，并对第一分压电容的实时电压进行放大；

所述第二降压差分放大电路的第一输入端与所述三电平电路的负母线相连，第二输入端与所述三电平电路的零母线相连，用于输入三电平电路中第二分压电容的实时电压，并对第二分压电容的实时电压进行放大。

8.根据权利要求3所述的控制电路供电装置，其特征在于，所述参考电压产生模块包括处理器，所述处理器包括第一端口、第二端口、第三端口、第四端口、第五端口和第六端口；

所述第一端口与第一降压差分放大电路的输出端相连，用于输入放大后的第一分压电容的实时电压；

所述第二端口与第二降压差分放大电路的输出端相连，用于输入放大后的第二分压电容的实时电压；

所述第三端口用于输出第一数字信号；

所述第四端口用于输出第二数字信号；

所述第五端口与控制电源电压的正向端相连；

所述第六端口与控制电源电压的负向端相连。

9.根据权利要求3所述的控制电路供电装置，其特征在于，所述参考电压产生模块还包括第一隔离滤波电路和第二隔离滤波电路；

所述第一隔离滤波电路的输入端与处理器的第三端口相连，输出端与第一控制电源的第三输入端相连，用于在电气隔离后提取第一数字信号中的直流分量，以产生第一控制电源的输出电压参考值；

所述第二隔离滤波电路的输入端与处理器的第四端口相连，输出端与第二控制电源的第三输入端相连，用于在电气隔离后提取第二数字信号中的直流分量，以产生第二控制电源的输出电压参考值。

10.根据权利要求1所述的控制电路供电装置，其特征在于，所述第一控制电源的输出电压参考值用于通过控制所述第一控制电源平衡三电平电路的中点电位电压。

11.根据权利要求1所述的控制电路供电装置，其特征在于，所述第二控制电源的输出电压参考值用于通过控制所述第二控制电源平衡三电平电路的中点电位电压。

12.根据权利要求1所述的控制电路供电装置，其特征在于，还包括第一运算电路和第二运算电路；

所述第一运算电路的输入端与所述参考电压产生模块的输出端相连，输出端与所述第一控制电源相连，用于根据所述第一控制电源的输出电压参考值修正第一控制电源的输出电压反馈值；

所述第二运算电路的输入端与所述参考电压产生模块的输出端相连，输出端与所述第二控制电源相连，用于根据所述第二控制电源的输出电压参考值修正第二控制电源的输出电压反馈值。

13.一种控制电路供电方法，其特征在于，包括以下步骤：

输入三电平电路中第一分压电容的实时电压和第一控制电源的输出电压参考值，并基于所述第一分压电容的实时电压和所述第一控制电源的输出电压参考值输出第一控制电源的输出电压；

输入三电平电路中第二分压电容的实时电压和第二控制电源的输出电压参考值，并基于所述第二分压电容的实时电压和所述第二控制电源的输出电压参考值输出第二控制电源的输出电压。

14.根据权利要求13所述的控制电路供电方法，其特征在于，所述第一控制电源的输出电压和第二控制电源的输出电压之和为控制电源电压。

15.根据权利要求13所述的控制电路供电方法，其特征在于，还包括获取所述第一控制电源的输出电压参考值和所述第二控制电源的输出电压参考值，所述获取第一控制电源的输出电压参考值包括以下步骤：

输入三电平电路中第一分压电容的实时电压，并对所述第一分压电容的实时电压进行放大；

基于放大后的所述第一分压电容的实时电压计算第一数字信号；

在电气隔离后提取所述第一数字信号中的直流分量，以产生第一控制电源的输出电压参考值。

16.根据权利要求15所述的控制电路供电方法，其特征在于，基于放大后的所述第一分压电容的实时电压计算第一数字信号包括采用以下公式计算所述第一数字信号：

Vout1,ref_D1＝Vin1/(Vin*Vctrl,ref)

其中Vin1为三电平电路中第一分压电容的实时电压，Vin为三电平电路的输入总电压，Vctrl,ref为控制电源的总输出电压参考值，Vout1,ref_D1为所述第一数字信号。

17.根据权利要求13所述的控制电路供电方法，其特征在于，还包括获取所述第一控制电源的输出电压参考值和所述第二控制电源的输出电压参考值，所述获取第二控制电源的输出电压参考值包括以下步骤：

输入三电平电路中第二分压电容的实时电压，并对第二分压电容的实时电压进行放大；

基于放大后的所述第二分压电容的实时电压计算第二数字信号；

在电气隔离后提取所述第二数字信号中的直流分量，以产生第二控制电源的输出电压参考值。

18.根据权利要求17所述的控制电路供电方法，其特征在于，基于放大后的所述第二分压电容的实时电压计算第二数字信号包括采用以下公式计算所述第二数字信号：

Vout2,ref_D2＝Vin2/(Vin*Vctrl,ref)

其中Vin2为第二分压电容的实时电压，Vin为三电平电路的输入总电压，Vctrl,ref为控制电源的总输出电压参考值，Vout2,ref_D2为所述第二数字信号。

19.根据权利要求13所述的控制电路供电方法，其特征在于，还包括以下步骤：

根据所述第一控制电源的输出电压参考值修正第一控制电源的输出电压反馈值；

根据所述第二控制电源的输出电压参考值修正第二控制电源的输出电压反馈值。

20.根据权利要求19所述的控制电路供电方法，其特征在于，采用以下公式修正所述第一控制电源的输出电压反馈值：

Vfb1＝Vout1–(Vref–Vout1,ref)

其中Vout1为第一控制电源的输出电压反馈值，Vref为第一控制电源和第二控制电源内部的固定参考值，Vout1,ref为第一控制电源的输出电压参考值，Vfb1为修正后的第一控制电源的输出电压反馈值。

21.根据权利要求19所述的控制电路供电方法，其特征在于，采用以下公式修正所述第二控制电源的输出电压反馈值：

Vfb2＝Vout2–(Vref–Vout2,ref)

其中Vout2为第二控制电源的输出电压反馈值，Vref为第一控制电源和第二控制电源内部的固定参考值，Vout2,ref为第二控制电源的输出电压参考值，Vfb2为修正后的第二控制电源的输出电压反馈值。

22.一种供电系统，应用于直流电源充电模块，其特征在于，包括权利要求1至12中任一项所述的控制电路供电装置、电源控制器和三电平开关变换器；

所述电源控制器用于基于所述控制电路供电装置提供的控制电源电压产生控制信号；

所述三电平开关变换器用于接收所述控制信号，并基于所述控制信号切断或导通所述控制电路供电装置的控制电源电压传递。