[发明专利]大功率高效用能型高频开关电源的综合控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及开关电源的控制方法，具体是一种大功率高效用能型高频开关电源的综合控制方法。

背景技术

在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。在电动汽车，变频传动和电解电镀行业中，更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率，从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。传统的晶闸管或者二极管整流电路非常庞大且笨重，如果采用高顿开关电源技术，其体积和重量都会大幅度下降，而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本，实现高效率用电和高品质用电相结合。

针对大型电解电镀电源，传统电镀电解直流电源采用晶闸管相控整流模式，所以当可控硅导通角小时功率因数低，产生谐波含量大，直接导致配备电力变压器、连接导线、开关等损耗增加，一般容量大的可控硅整流器还需要增加额外的谐波治理和功率因数补偿装置，使得用户总投资成本大大增加。

为此，本发明采用一种三相电流型逆变器进行高效PWM整流，相对于电压型逆变器，电流型逆变器提供的是恒定的直流电流，其直流电压可调，并且低于电源电压。另外，电流型逆变器具有动态响应快，便于四象限运行，限流能力强，短路保护可靠性高，能在宽范围内精确控制等优点。利用高频PWM调制技术，控制电流型逆变器开关管的开通与关断时间，来实现直流侧调流的目的，它的功率因数非常高，一般可以达到0.95以上，谐波含量很小，具有控制精度高，输出波形好，节能省电等特点。高频开关电源的DC/DC变换侧采用一种由单相逆变器，高频耦合变压器和低压全波整流器构成的拓扑结构，它能将直流电逆变成高频交流电，然后通过高频耦合变压器和低压全波整流器转换为期望的电压电流信号，因此它可以实现能量的高效传输，大大提高开关电源的效率。此外，高频开关电源对电网容量要求也更小，同样大的电源，所需的电网容量可以降低20-30％。因此，高频开关电源控制以其速度快、稳压/稳流精度高、功率因素及效率高、纹波系数低，对电镀电源质量更有优势，成为开关电源的重要选择。

发明内容

本发明的目的是针对大功率高频开关电源的两个重要组成部分三相电流型逆变器和高频DC/DC变换器，提出了一种基于负载功率前馈的闭环控制方法和基于虚拟电阻的电流电压双环控制方法，实现系统的快速响应，迅速跟踪负载的变化。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种大功率高效用能型高频开关电源的综合控制方法，大功率高效用能型高频开关电源包括三相电流型逆变器，还包括由单相全桥逆变器、高频耦合变压器和低压整流器依次串联组成的高频DC/DC变换器，三相电流型逆变器的输入端接一组三相Y型连接的电容，并通过三相电感L与电网相连，三相电流型逆变器于高频DC/DC变换器相连，该方法包括以下步骤：

1)由负载功率计算得出三相电流型逆变器交流侧期望输入电流的幅值A和相角

2)检测电网电流i_Sa，通过相角检测器检测电网电流相角θ，检测结果与期望0值相减，经过PI控制器和限幅环节，得到三相电流型逆变器输出电流的相角控制输出

3)将相角控制输出与三相电流型逆变器交流侧期望输出电流的相角相加，得到相角的指令控制信号；

4)检测三相电流型逆变器直流侧电流，检测结果I_dc与给定值I_ref相减，经过PI控制器和限幅环节，得到三相电流型逆变器输出电流的幅值控制输出ΔA；

5)将逆变器输出电流的幅值控制输出ΔA与三相电流型逆变器交流侧期望输出电流的幅值A相加，得到幅值的指令控制信号；

6)合成相角和幅值的指令控制信号，得到三相电流型逆变器的调制波信号：

7)将三相调制信号进行高频PWM(脉冲宽度调制)调制，得到三相电流型逆变器开关器件的控制信号，驱动开关管得到期望的输出电压电流信号。

对所述高频DC/DC变换器采用的基于虚拟阻抗的电流电压双环控制方法的步骤为：

1)检测负载直流侧电流i_o，检测结果与给定值I_r相减，经过PI控制器和限幅环节，得到直流电流外环电压控制输出u；

2)将外环控制电压输出信号u与虚拟阻抗的电压反馈信号Ki_o相减，得到电压内环的电压参考信号

3)检测负载直流侧电压V_o，检测结果与参考值相减，经过PI控制器和限幅环节，得到电压内环控制输出，即为全桥逆变器的占空比信号d_o；