[发明专利]串入并出移相全桥变换器三环滑模变结构控制方法

说明书

本发明涉及一种串入并出移相全桥变换器三环滑模变结构控制方法，本发明在两模块移相全桥输入串联输出并联需要控制均压均流时，为了使串入并出移相全桥变换器三环滑模变结构更加稳定和对电路结构中输入电压，输出电压和输出电流等参数更加敏感，提出了一种两个电流内环，电压外环以及和输入均压前馈环节耦合的三环控制方法，同时提出电流内环采用滑模变结构控制时，提高了串入并出移相全桥变换器三环滑模变结构的动态性能和鲁棒性。

技术领域

本发明涉及电力电子变换器控制系统，具体说是一种基于两模块移相全桥串入并出DC/DC变换器的三环滑模变结构控制方法。

背景技术

社会信息化和工业化的发展得益于对电能的良好利用。而如何更高效更便捷地使用电能也成为人们关注的研究热点之一。电力电子技术是一门使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，电力电子变换器是指对电能进行变换和控制的电路系统。随着电力电子器件的研究和生产，电力电子变换器也得到了迅速的发展。电能包括直流和交流两种，所以电力电子变换器包括直流/直流变换器，直流/交流变换器；交流/直流变换器和交流/交流变换器。电力电子变换器只有使用不同的拓扑结构才能达到不同电能变换和控制的目的。本发明基于DC/DC(直流/直流)变换器。DC/DC变换器有很多种类型，其中移相全桥变换器以移相全桥逆变、变压器隔离和二极管整流的形式由于其适用于大功率，容易控制等优点占据主要地位。在地铁辅助供电，航天器供电电源等高输入电压大功率变换的场合，如果使用单个的移相全桥变换器会对开关器件的耐压耐流等能力要求较高，对变压器的容量体积等要求也较高，这样不利于系统的体积减小和成本降低，并且以目前的开关器件的耐受能力也不一定能达到系统的要求。因此，常采用模块化的串并联组合以达到要求，常见的为移相全桥串入并出(ISOP)结构。两模块的移相全桥串入并出变换器如下图1所示。

如图1所示，该变换器由两个移相全桥模块输入串联输出并联构成。但仅仅有上述的电路结构并不能使其达到系统的指标需求，常常采用一定的控制结构才可以使系统稳定。

常见的电力电子变换器的控制系统结构如上图2所示，采样输出电流和输出电压之后经过AD转换成数字信号，在经过数字PI控制算法运算后产生移相控制PWM脉冲，该脉冲控制移相全桥开关器件的工作规律以使系统的输出电压和电流达到要求。实现的方法一般是先计算出图1所示的电路结构的数学模型，根据数学模型计算出该电路的传递函数，分析该系统的开环稳定性，然后根据自动控制理论的知识加入PI控制器，使其成为一个可以自动调节至稳定的闭环控制系统。但由于该系统的输入串联输出并联结构，因此需要考虑到该系统的输入均压和输出均流的控制，需要对应的控制算法。

现有技术一：图3为输入均压控制框图，对于图1中的电路，只要保证其中一个模块的输入电容电压为Uin/2，就实现了输入分压电容上的电压均压。选择与输入电源共地的电容Cin2的电压作为受控对象，保证其电压为Uin/2。图3给出了输入均压控制框图。输出电压调节器的输出信号uo_EA与输入均压调节器的输出信号ucd_EA相加后与锯齿波URAMP1交截，产生1#模块的占空比信号；uo_EA与ucd_EA相减后与锯齿波URAMP2交截，产生2#模块的占空比信号。两锯齿波通过外同步电路相差180°，以实现两模块的交错控制。

现有技术一的缺点：该控制系统实际设计参数的时候，需要将该系统的小信号模型中的输入均压环和输出电压环去耦合之后才能进行控制参数的设计，存在一定的复杂性。

现有技术二：图4为两模块输入串联输出并联系统的相同移相角控制模型，控制系统的外环为输出电压和给定电压作差后经过PI控制器，内环为两个模块的电流之和外环的输出作差后经过PI控制器运算后，通过比较器给出两个模块的移相控制脉冲，使得系统达到稳定。