一種採用電流單閉環控制穩流電源的低紋波控制方法

2023-07-14 20:12:26 3

專利名稱：一種採用電流單閉環控制穩流電源的低紋波控制方法
技術領域：
本發明屬於電氣技術領域，涉及電力電子變換器的穩流電源的控制方法，具體涉及一種採用電流單閉環控制的穩流電源的低紋波控制方法。

背景技術：
基於電力電子變換器的穩流電源主要應用於需要電流源供電的負載，如加速器磁鐵勵磁電源，上述應用中負載為電感、電阻負載，對電流源的輸出電流(電壓)紋波提出了很高的要求。例如加速器磁鐵勵磁電源的輸出電流紋波要求通常在10-4～10-5數量級，輸出電壓紋波通常在10-4數量級。
為了使電源的輸出電壓、電流滿足要求，必須採用電流閉環反饋控制系統，通過檢測輸出電流紋波、主電路開關控制量的調節，降低輸出電流的紋波。目前常用的控制方法可分為單電流閉環控制和電壓、電流多閉環控制。單電流閉環控制具有結構簡單，調節器、檢測元件數量少等優點，因而得到了廣泛的應用。為降低輸出電壓、電流紋波，控制系統必須具備較高的響應速度和控制頻帶寬度，在單閉環控制系統中為保證穩定性的前提下提高控制頻帶寬度，通常需要採用對象補償技術，典型的方案如圖1所示，具體方案為在由電阻RL、電感L1構成的負載兩端接入由電容Cs構成的補償支路，負載電流反饋為負載電流i0與補償支路電流之和(以下將此方案稱為「傳統方案」)。該方案可以有效提高系統的控制頻帶寬度，抑制電源側產生的與電網頻率相關的紋波，但實際應用中發現在負載端將出現較高的特定頻率的紋波電壓，該頻率的紋波是由負載電感與補償電容諧振造成，從而導致負載出現相應的紋波電流。


發明內容
針對目前採用電流單閉環控制的穩流電源補償方式中控制對象在負載電感與補償電容並聯諧振點處出現紋波電壓、電流放大的不足，本發明的目的在於，提出一種採用電流單閉環控制穩流電源的低紋波控制方法。
為了實現上述任務，本發明採取的技術方案是 一種採用電流單閉環控制穩流電源的低紋波控制方法，其特徵在於，該方法在原有的補償支路及負載上並聯一個由電阻、電容串聯構成的阻尼支路，同時將阻尼補償支路、原有補償支路中的補償支路電流與負載電流之和作為電流反饋用於系統閉環控制；阻尼補償支路的參數按照下列公式確定 Cs1＝(3～4)·Cs 式中，Cs1為阻尼補償支路的電容，Rs1為阻尼補償支路的電阻，L1為負載電感，Cs原有補償支路電容。
本發明通過對阻尼補償支路中電阻、電容參數的合理的選擇和設計，降低控制對象在上述諧振頻率點的諧振峰，從而降低該頻率的紋波電壓和電流。



圖1為採用傳統補償方法的主電路及補償支路結構圖； 圖2為本發明所提出的阻尼補償支路的結構、連接方式； 圖3為採用本發明方案的實施例的主電路結構圖； 圖4為採用本發明方案的實施例的控制對象頻率特性與傳統方案頻率特性的對比； 圖5為採用傳統方案的輸出電壓紋波波形。
圖6為採用本發明方案的實施例裝置輸出電壓紋波波形。
以下結合附圖和電路的工作原理及發明人給出的實施例對本發明作進一步詳細描述。

具體實施例方式 本發明在電流單閉環控制系統中傳統補償方案基礎上提出增加阻尼補償支路的技術方案，其結構如圖2所示。由電阻和電容串聯構成的阻尼補償支路的結構，將其與採用傳統補償方法的負載相併聯，同時將阻尼補償支路、傳統補償方案中補償支路電流與負載電流之和作為電流反饋用於系統閉環控制。
上述阻尼補償支路的電路元件按照以下公式確定 Cs1＝(3～4)·Cs 式中，Cs1為阻尼補償支路的電容，Rs1為為阻尼補償支路的電阻，L1為負載電感，Cs傳統方案中的補償支路電容。
圖3為給出了一種採用阻尼補償支路的電流單閉環系統實施例，裝置的輸入電壓為350V直流，負載電阻為1Ω，負載電感為54mH。開關元件Q和二極體D採用英飛凌公司的FF400R06KE3。濾波電感Lf為0.2mH，其電阻Rf為1mΩ，輸出濾波電容為4700μF/400V的電解電容，其內部等效串聯電阻Rc為14mΩ。補償電容Cs為25μF。設計阻尼補償支路參數分別為Cs1＝100μF，Rs1＝47Ω。
圖4為採用傳統方法與本發明提出方案時，對象頻率特性的仿真結果。
採用相同的PI調節器對系統進行校正，使系統開環截止頻率為1kHz。圖5為採用傳統方法，在輸出為280A/280V條件下輸出電壓紋波波形。圖6為採用本發明的技術方案時，在相同輸出條件下的輸出電壓紋波波形。從輸出電壓的紋波可以看出，採用本發明的技術方案，輸出紋波電壓得到大大降低，獲得了良好的效果。
權利要求
1.一種採用電流單閉環控制穩流電源的低紋波控制方法，其特徵在於，該方法在原有的補償支路及負載上並聯一個由電阻、電容串聯構成的阻尼支路，同時將阻尼補償支路、原有補償支路中的補償支路電流與負載電流之和作為電流反饋用於系統閉環控制；阻尼補償支路的參數按照下列公式確定
Cs1＝(3～4)·Cs
式中，Cs1為阻尼補償支路的電容，Rs1為阻尼補償支路的電阻，L1為負載電感，Cs原有補償支路電容。
全文摘要
本發明公開了一種用於採用電流單閉環控制穩流電源的低紋波控制方法。提出在主電路電流反饋環內增設由電阻、電容構成的阻尼補償支路，該支路與採用傳統補償方案的補償支路及負載並聯。同時將阻尼補償支路、傳統補償方案中補償支路電流與負載電流之和作為電流反饋用於系統閉環控制。同時提出阻尼補償支路元件的參數設計方法，從而降低控制對象頻率特性的諧振峰，從而降低該頻率的輸出紋波電壓和電流。
文檔編號G05F1/10GK101183269SQ20071019923
公開日2008年5月21日 申請日期2007年12月14日 優先權日2007年12月14日
發明者裴雲慶, 旭 楊, 秦鴻強, 濤 馬, 王兆安 申請人:西安交通大學