[发明专利]一种高压直流电源的宽范围调压和稳压控制系统

权利要求书

1.一种高压直流电源的宽范围调压和稳压控制系统，该系统包括被控对象(1)、采样模块(2)、控制模块(3)和信号变换模块(4)，其特征在于：

所述被控对象(1)包括依次电路相连的全桥逆变谐振变换器(11)、全桥母线电压控制器(12)、变压器(13)和倍压整流器(14)，其用于输入电压Uin，最后输出高压直流电Uo；

对于所述全桥逆变谐振变换器而言，当输入至此的电压变化小时，其采用LCC谐振变换器作为谐振电路；而当输入至此的电压变化大时，其采用LLC谐振变换器作为谐振电路；

所述全桥母线电压控制器的开关管控制方式为PWM控制方式，与此相应地，所述全桥逆变谐振变换器的开关管控制方式优选为PFM控制方式；

对于所述全桥逆变谐振变换器而言，它的开关管的调节频率的范围采用以下公式来计算及确定：

其中，Y表示该全桥逆变谐振变换器(11)的电压增益，n表示所述变压器(13)的电压增益，m表示所述倍压整流器(14)的电压增益，θ为所述倍压整流器(14)中二极管的导通角，C_GD为并联谐振电容与串联谐振电容之比，Q为谐振回路品质因数，f_G为LLC和LCC谐振变换器的归一化频率，β为变压器次级及其之后部分组成的二端口网络的基波电压与基波电流之间的相位差，且β＝-25sinθ；

所述采样模块(2)包括高压信号到低压信号的变换隔离电路，并用于对所述倍压整流器(14)获取高压输出信号，然后输出为低幅值的采样信号；

所述控制模块(3)包括AD转换器(31)、模糊控制器(323)、模糊推理器(324)、PID控制器(325)、预测补偿器(33)、EPWM产生器(34)，其中该AD转换器(31)与所述采样模块的输出端相连，并将采样信号转换成对应的数字量后，与预设的系统输出目标电压AD转换值Uset进行差值运算，由此得到误差值e以及该误差值随着时间变化的误差变化率de/dt；该模糊控制器(323)与所述AD转换器(31)信号相连，将数域内的误差值e和误差变化率de/dt分别转换成模糊域内的E和EC，通过模糊域内的模糊规则完成模糊推理，得出模糊域内的PID三个控制参数Kf、Tif和Tdf，最后通过模糊判决将模糊域内的三个控制参数转换到数域的K、Ti、Td，即获得对应的PID控制参数，然后发送给所述PID控制器(325)；该PID控制器(325)用于将代表PWM占宽比的数值输入到所述预测补偿器(33)进行数字延时补偿，并计算得出新的PWM占宽比，然后经由所述EPWM产生器产生对应的低电平PWM信号；

具体的，所述PID控制参数的计算过程为：首先通过建立系统开环传递函数模型，在没有PID控制环节的情况下分析其Bode图，并根据奎斯特稳定性判据对系统稳定性的要求，对Bode图进行校正，从校正后的系统传递函数中可以得到PID基本控制参数的值；接着，所述模糊控制器(323)对该PID基本控制参数进行处理，由此得出整定后的PID控制参数；

所述信号变换模块(4)用于将所述低电平PWM信号经过电压变换后产生高电平的PWM信号，然后输入到所述全桥逆变谐振变换器(11)和所述全桥母线电压控制器(12)的控制端，由此实现对整个系统的闭环控制；

本系统的调压模式设定如下：当用户设定电压大于输出端实际输出电压时，开始时采用全桥母线控制器进行调压，当全桥母线控制器开关管脉宽调节到最大时，此时启动全桥调频调压方式，直到实际输出电压达到用户设定电压为止；当用户设定电压小于输出端实际输出电压时，开始时采用全桥母线控制器调压方式，当全桥母线控制器开关管脉宽调节到最小时，此时启动全桥调频调压方式，直到实际输出电压达到用户设定电压为止。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，输入至所述全桥母线电压控制器(12)的电压可以为直流电，或者是交流电经过变换得到的直流电。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述全桥母线电压控制器(12)优选为Buck降压型变换器或者Boost升压型变换器，并且其用于控制所述全桥逆变谐振变换器(11)的母线电压的数值大小。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，对于所述全桥逆变谐振变换器而言，其所输出的电压经过所述变压器和倍压整流器变换后，输出为幅值为千伏级的高压直流电。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述全桥母线电压控制器的开关管的开关频率量级优选被设置为千赫兹级；相应地，所述全桥逆变谐振变换器的开关管的最高开关频率优选被设置为所述全桥母线电压控制器的开关管的开关频率的十倍以上。