[发明专利]一种基于长死区时间实现混合导通模式的交流开关电源

说明书

本发明公开了一种基于长死区时间实现混合导通模式的交流开关电源，属于开关电源领域，包括：逆变模块；外环控制模块，对逆变模块中LC滤波后的信号进行PID控制后输出；内环控制模块，对LC滤波前的信号和外环控制模块输出的信号之间的差值进行delta‑sigma调制后输出；死区设置模块，设置长死区时间；内环控制模块输出的驱动逻辑信号经长死区时间后驱动桥式逆变电路中的开关管，从而降低开关频率，使得开关管的工作模式为混合导通模式或断续模式，开关管可实现零电流开通并兼顾较大的系统输出功率容量，将输入的交流信号转换为直流信号后输出。通过设置并调节长死区时间，在无需外加谐振电路的情况下实现功率开关器件的软开关并实现高精度。

技术领域

本发明属于开关电源领域，更具体地，涉及一种基于长死区时间实现混合导通模式的交流开关电源。

背景技术

高精度交流电源在精密制造、精密测量和医疗领域中有着重要应用。delta-sigma调制控制可以实现良好的精度，但是为了获取优异的精度性能，要求delta-sigma调制实现低时延。低时延会造成很高的开关频率，受制于现有开关器件性能，使其在大功率场合不适用，此外，开关频率过高将造成电磁兼容问题。为了在保证精度的情况下降低开关频率，常用方法为在delta-sigma调制的采样环路中加入滤波器。滤波器越大，开关频率越低，但是，滤波器将降低采样带宽，降低系统在中频段的误差抑制能力，使得系统的可用高精度带宽降低。此外，改变滤波器来改变开关频率的方式调节能力有限，并且工程中更改复杂。因此如何在保证精度与系统带宽的情况下简易地降低开关频率有着重要的意义。

开关电源除了高精度要求，更普遍的要求是高效率，而软开关是实现高效率的有效途径。目前实现软开关的方式通常需要外围辅助器件实现谐振，这将增加控制与设计的复杂度。通过电感电流断续可以实现开关管的零电流开通，断续模式(Discrete CurrentMode，DCM)的逆变器无需辅助器件，但是传统电感电流断续模式的逆变器通常采用电流滞环方式，需要大量的模拟器件来实现控制。此外，由于电压比较器不能准确地检测比较电压，对于逆变器的输出波形与控制将造成不利影响。并且，传统DCM的逆变器的状态平均模型在每个开关周期内和占空比以及此时输出电压有关，是一个非线性的、时变的模型，由于难以建模，滞环控制依赖试凑，缺乏较为高级反馈控制策略。综上分析，如何让开关电源在合适的开关频率下实现高精度，并且实现类似DCM情况下的高效率，同时便于建模以实现高级控制有着极为重要的意义。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种基于长死区时间实现混合导通模式的交流开关电源，其目的在于通过设置并调节长死区时间，在无需外加谐振电路的情况下实现功率开关器件的软开关及混合导通。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于长死区时间实现混合导通模式的交流开关电源，包括：逆变模块，包括桥式逆变电路以及与所述桥式逆变电路桥臂中点相连的LC滤波电路；外环控制模块，用于对所述逆变模块中LC滤波后的信号进行PID控制后输出；内环控制模块，用于对所述逆变模块中LC滤波前的信号和所述外环控制模块输出的信号之间的差值进行delta-sigma调制后输出驱动逻辑信号；死区设置模块，连接在所述内环控制模块和所述桥式逆变电路之间，用于设置长死区时间，所述长死区时间的范围为5μs-500μs；所述内环控制模块输出的驱动逻辑信号经所述长死区时间后驱动所述桥式逆变电路中的开关管，使得所述开关管的工作模式为混合导通模式或断续模式，并将输入的交流信号转换为直流信号后输出。

更进一步地，所述开关管反向并联有二极管，所述死区设置模块用于调大所述长死区时间，使得所述长死区时间内，所述LC滤波电路中的电感电流经上桥臂或下桥臂的二极管并不断减小至零，以控制所述开关管工作在断续模式，实现零电流开通。

更进一步地，所述开关管反向并联有二极管，所述死区设置模块还用于设置两类大小不等的长死区时间；所述LC滤波电路中的电感电流经上桥臂或下桥臂的二极管并不断减小，较小的长死区时间内，所述开关管在电感电流未减小至零时导通，较大的长死区时间内，所述开关管在电感电流减小至零时导通，以控制所述开关管工作在混合导通模式。