杜 超，郭 维，曾明高，丁磊磊，李炳璋，李 昊

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0 引言

与两电平Buck变换器相比，三电平Buck变换器有诸多优点，如输入开关管与续流二极管的电压应力只有输入电压的一半；在输入输出条件相同的情况下，输出滤波电感可以减小至原来的四分之一；输出滤波电容可以减小至原来的一半[1-2]。然而三电平Buck变换器本质上是一个时变、非线性电路，随着开关状态的切换，电路的拓扑会发生改变，使得对其分析与设计比较困难[3]。文献[4-5]介绍了一种基于电压单闭环的控制方法，其实现简单但存在暂态响应速度慢、抗扰性差等缺点。文献[6]提出了一种基于扰动观测器的电压控制策略，其缩短了电压环暂态响应时间，提高了抗外部扰动能力，但是仍然存在电感电流不受控制的问题，不适用于输出接蓄电池的场景。为此，本文提出了一种适用于输出接蓄电池的三电平Buck变换器的控制系统设计方案，在分析各个开关模态下电路的工作过程的基础上，基于状态空间平均法[1]建立了其简化线性模型，并设计了输出电压、输出电流、分压电容电压三闭环控制系统。仿真结果表明，采用该方案设计的动力蓄电池用三电平Buck变换器输出电流动态响应快，抗输入电压波动能力强，可以满足工程实际应用。

1 主电路介绍

动力蓄电池充电机用三电平Buck变换器的主电路拓扑如图1所示。其中，C1和C2是分压电容器，其容值足够大且C1=C2；Ud为电容均分输入电压；……