用查表法修正串聯諧振開關變換器諧振漂移的裝置及方法
2023-06-14 20:39:26
專利名稱：用查表法修正串聯諧振開關變換器諧振漂移的裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種修正開關變換器諧振漂移的裝置及方法，特別是涉及一種利用查 表法修正串聯諧振開關變換器諧振漂移的裝置及方法。
背景技術：
高壓電容器充電電源基於高頻變換器技術設計，變換器的拓撲為串聯諧振開關變 換器結構。這種拓撲的特點是變換器開關在諧振電流為零時動作，變換器開關的導通時間 與諧振頻率為固定值，並存在一定關係。開關在每次諧振電流發生的第一次回到零時關斷， 也就是所謂零電流開關(軟開關)，避免了開關在其電流非零時切換而出現的所謂硬開關 現象。電源輸出調節依靠開關頻率的改變。然而，高壓充電工程中諧振頻率不可避免的漂 移，使變換器開關不在諧振電流為零時動作，造成變換器的特性發生改變。因此設計一種自 動監測並判斷諧振頻率漂移的電路，它可以在充電電源的變換器工作正常時無輸出，當變 換器現非零電流開關狀況時，輸出一個脈衝電壓信號。用這個信號即可調整變換器開關狀 態，恢復正常特性。工業電子學報中《一種採用串聯諧振拓撲，固定導通時間，變頻控制和零電流開關 的電容器充電電源》(A capacitor-charging power supple using a series-resonant lopology, constant on-time/vfariabe frequenency control, and zero-current switching IEEE Transactions on Industrial Electronics，Vol. 38，No. 6，December， 1991)，對這種電容器充電電源作了詳細說明。但電源在它的輸出變壓器變比較大和負載變 化也大的情況下，變壓器的分布電容會使諧振頻率變化。變換器不再零電流時開關，使變換 器開關器件的電流應力和電磁輻射加大。對這種現象該文章作了忽略處理。因此，這類電容 器充電電源都用加大變換器開關器件的電流參數值，來處應對問題，顯然還未解決電磁輻 射。另外辦法是改用其它變換器拓撲設計充電電源。在《串並聯諧振變換器在電容器充電電 源中的應用〉〉(Using the series parallel resonant converter in capacitor charging applications. The 7th Applied Power Electronics Conference and Exposition,Barry C Pollard,Boston,M A,USA, 1992)中，用並用串-並聯諧振變換器方式設計電容器充電電 源，由於工作原理不同因而不涉及上述現象。但這種電容器充電電源不及採用串聯諧振零 電流開關變換器設計電容充電電源使用廣泛。這樣對出現的問題一個是忽略，另一個採取其它的電路拓撲結構設計。忽略的原 因是串聯諧振零電流開關變換器是依靠固定開關時間，變化開關頻率的方式工作。而開關 時間與諧振頻率存在固定的對應關係。本發明針對諧振頻率的漂移，自動調節變換器開關 時間，可維持其固定的對應關係。
發明內容
本發明的目的是解決現有技術中基於串聯諧振開關變換器技術設計的電容器充 電電源中諧振頻率漂移，引起的變換器開關非零關斷的問題，提供一種利用查表法修正串聯諧振充電電源諧振漂移的裝置及方法，在諧振頻率發生漂移時，改變變換器開關的導通 時間，而維持諧振頻率與變換器開關時間的關係不變，使變換器始終在零電流開關。為達到上述目的，本發明採用的技術方案是—種用查表法修正串聯諧振開關變換器諧振漂移的裝置，包括變換器、諧振電路、 變壓器、整流電路、儲能電容、驅動電路、數字控制器、查表模塊，其中查表模塊與數字控制 器電連接。一種用查表法修正串聯諧振開關變換器諧振漂移的方法，利用電源輸出電壓與控 制器驅動的輸出的對應關係，設置一個電源在不同輸出電壓下，諧振頻率漂移對應驅動脈 衝寬度的函數表放入控制器程序存儲器中，工作時在用查表的方式即可修正控制器輸出的 開關驅動，使其自動跟隨諧振頻率的變化而改變，從而防止諧振頻率漂移引起的非零電流 開關現象發生。具體步驟包括1)先使沒有矯正的充電電源帶載工作，測量出串聯電路諧振頻率f值，變換器開 關導通時間T，以及在不同時刻的輸出電壓下，對應諧振頻率，直到充電結束；2)然後把開關導通時間與相位差值相加，得到一個不同頻率下的變換器開關導通 時間組；3)這個組的每一個值都對應一個相應的充電機輸出電壓值，即得出一個輸出電壓 與不同諧振頻率下的變換器開關時間對應表，然後把它以程序的方式放入查表模塊中；4)充電電源工作時，不同的電壓值反饋到控制器中時，程序把一個與輸出電壓對 應的、不同導通時間的開關信號，從查表模塊中取出，取代原來的開關導通時間，驅動變換 器開關。從上述本發明的結構特徵可以看出，其優點是通過查找表方法，可使串聯諧振變 換器式電容器充電電源中的變換器開關始終保持在零電流時動作，提高了電源的效率，消 除因非零電流開關而生產電磁幅射汙染；也沒有加大變換器開關器件的過流能力或改變 電路的硬體結構，從而節約了生產成本。
本發明將通過附圖比較以及結合實例的方式說明圖1是全數位化控制的基於串聯諧振全橋變換器的電容器充電電源框圖。圖中L、 C構成串聯諧振電路。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不 用於限定本發明。設計原理如果充電電源的變換器開關控制系統是數字式的，它的特點是變換器 的開關控制等是由控制器裡查表模塊決定，所用控制晶片通常是DSP (數位訊號處理器)、 FPGA(現場可編程門陣列)、PLC(可編程控制器)或微處理器。則可利用電源輸出電壓與 控制器驅動的輸出的對應關係，設置一個電源在不同輸出電壓下，諧振頻率漂移對應驅動 脈衝寬度的函數表放入控制器查表模塊中，工作時通過查表模塊即可修正控制器輸出的開關驅動，使其自動跟隨諧振頻率的改變，從而防止諧振頻率漂移引起的非零電流開關現象 發生。具體過稱為利用電源輸出電壓與控制器驅動的輸出的對應關係，設置一個電源 在不同輸出電壓下，諧振頻率漂移對應驅動脈衝寬度的函數表放入數字控制器的查找模塊 (程序存儲器)中，工作時通過查找表查表方式即可修正控制器輸出的開關驅動。根據不同 的充電電源輸出電壓值，查出對應的變換器驅動脈衝寬度時間數據，作為新的變換器開關 導通時間。這種改變使驅動脈衝寬度始終對應諧振電流半周期的過零時刻。在圖1的電源系統中，用實驗或計算的方式得到諧振頻率漂移與變換器開關的導 通時間誤差。這裡以實驗為例，先使沒有矯正的充電電源帶載工作，測量出串聯電路諧振頻 率f值，變換器開關導通時間T，以及在不同時刻的輸出電壓下，對應諧振頻率，直到充電結 束。例如充電機輸出電壓分別為￥0、￥1、￥2、...￥丨，對應的變換器電流的諧振頻率為f0、 fl、f2. . . ft，對應的諧振波形的零點與變換器開關關斷時刻的相位差w0、wl、w2. . . wt。然 後把開關導通時間與相位差值相加，得到一個不同的變換器開關導通時間組T+wO、T+wU T+w2、...T+wt。顯而易見，這個組的每一個值都對應一個相應的充電機輸出電壓值，即得 出一個輸出電壓與不同諧振頻率下的變換器開關時間對應表，然後把它以程序的方式存入 查表模塊中。這樣在充電電源工作時，不同的電壓值反饋到控制器中時，查表模塊將程序中 與輸出電壓對應的、不同導通時間的開關信號，從查表模塊中取出，取代原來的開關導通時 間，驅動變換器開關。因此，保證了變換器開關始終在諧振電流為零的地方動作。數據組取 值間隔時間越短，其開關的關斷時刻，越趨近諧振電流的零點。本說明書中公開的所有特徵，除了互相排斥的特徵以外，均可以以任何方式組合。本說明書(包括任何附加權利要求、摘要和附圖)中公開的任一特徵，除非特別敘 述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特徵加以替換。即，除非特別敘述，每個特徵只 是一系列等效或類似特徵中的一個例子而已。
權利要求
1. 一種用查表法修正串聯諧振開關變換器諧振漂移的裝置，包括變換器、諧振電路、變 壓器、整流電路、儲能電容、驅動電路，其特徵在於還包括數字控制器、查表模塊，變換器、諧 振電路、變壓器、整流電路、儲能電容、數字控制器、驅動電路順序電連接，其中查表模塊與 數字控制器電連接。
2. 一種用查表法修正串聯諧振開關變換器諧振漂移的方法，其特徵在於利用電源輸出 電壓與控制器驅動的輸出的對應關係，設置一個電源在不同輸出電壓下，諧振頻率漂移對 應驅動脈衝寬度的函數表放入控制器程序存儲器中，工作時在用查表的方式即可修正控制 器輸出的開關驅動，使其自動跟隨諧振頻率的變化而改變，從而防止諧振頻率漂移引起的 非零電流開關現象發生。
3.根據權利要求2所述的一種用查表法修正串聯諧振開關變換器諧振漂移的方法，其 特徵在於所述方法具體步驟包括1)先使沒有矯正的充電電源帶載工作，測量出串聯電路諧振頻率f值，變換器開關導 通時間T，以及在不同時刻的輸出電壓下，對應諧振頻率，直到充電結束；2)然後把開關導通時間與相位差值相加，得到一個不同頻率下的變換器開關導通時間組；3)這個組的每一個值都對應一個相應的充電機輸出電壓值，即得出一個輸出電壓與不 同諧振頻率下的變換器開關時間對應表，然後把它以程序的方式放入查表模塊中；4)充電電源工作時，不同的電壓值反饋到控制器中時，把一個與輸出電壓對應的、不同 導通時間的開關信號，從查表模塊中取出，取代原來的開關導通時間。
全文摘要
本發明涉及一種修正開關變換器諧振漂移的裝置及方法，特別是涉及一種利用查表法修正串聯諧振開關變換器諧振漂移的裝置及方法。解決現有技術中基於串聯諧振開關變換器技術設計的電容器充電電源中諧振頻率漂移，引起的變換器開關非零關斷的問題，提供一種利用查表法修正串聯諧振充電電源諧振漂移的裝置及方法，在諧振頻率發生漂移時，改變變換器開關的導通時間，而維持諧振頻率與變換器開關時間的關係不變，使變換器始終在零電流開關。技術方案包括變換器、諧振電路、變壓器、整流電路、儲能電容、驅動電路、數字控制器、查表模塊，數字控制器與查表模塊電連接。本發明主要應用於串聯諧振變換器式電容器充電電源零電流狀態的場合。
文檔編號H02M3/28GK102005927SQ20101056786
公開日2011年4月6日 申請日期2010年11月30日 優先權日2010年11月30日
發明者丁明軍, 於治國, 代剛, 任青毅, 馮宗明, 馮莉, 葉超, 吳紅光, 張振濤, 曹寧翔, 曹科峰, 李亞維, 李巨, 李晏敏, 李璽欽, 梁川, 王衛, 王浩, 謝敏, 賈興, 趙娟, 鄧明海, 鄧維軍, 馬軍, 馬勳, 馬成剛, 黃斌, 黃雷, 龍燕 申請人:中國工程物理研究院流體物理研究所