CN100530020C - 一种采用电流单闭环控制稳流电源的低纹波控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于采用电流单闭环控制稳流电源的低纹波控制方法。提出在主电路电流反馈环内增设由电阻、电容构成的阻尼补偿支路，该支路与采用传统补偿方案的补偿支路及负载并联。同时将阻尼补偿支路、传统补偿方案中补偿支路电流与负载电流之和作为电流反馈用于系统闭环控制。同时提出阻尼补偿支路元件的参数设计方法，从而降低控制对象频率特性的谐振峰，从而降低该频率的输出纹波电压和电流。

Description

一种采用电流单闭环控制稳流电源的低纹波控制方法

技术领域

本发明属于电气技术领域，涉及电力电子变换器的稳流电源的控制方法，具体涉及一种采用电流单闭环控制的稳流电源的低纹波控制方法。

背景技术

基于电力电子变换器的稳流电源主要应用于需要电流源供电的负载，如加速器磁铁励磁电源，上述应用中负载为电感、电阻负载，对电流源的输出电流(电压)纹波提出了很高的要求。例如加速器磁铁励磁电源的输出电流纹波要求通常在10^-4～10^-5数量级，输出电压纹波通常在10^-4数量级。

为了使电源的输出电压、电流满足要求，必须采用电流闭环反馈控制系统，通过检测输出电流纹波、主电路开关控制量的调节，降低输出电流的纹波。目前常用的控制方法可分为：单电流闭环控制和电压、电流多闭环控制。单电流闭环控制具有结构简单，调节器、检测元件数量少等优点，因而得到了广泛的应用。为降低输出电压、电流纹波，控制系统必须具备较高的响应速度和控制频带宽度，在单闭环控制系统中为保证稳定性的前提下提高控制频带宽度，通常需要采用对象补偿技术，典型的方案如图1所示，具体方案为在由电阻R_L、电感L₁构成的负载两端接入由电容Cs构成的补偿支路，负载电流反馈为负载电流i₀与补偿支路电流之和(以下将此方案称为“传统方案”)。该方案可以有效提高系统的控制频带宽度，抑制电源侧产生的与电网频率相关的纹波，但实际应用中发现在负载端将出现较高的特定频率的纹波电压，该频率的纹波是由负载电感与补偿电容谐振造成，从而导致负载出现相应的纹波电流。

发明内容

针对目前采用电流单闭环控制的稳流电源补偿方式中控制对象在负载电感与补偿电容并联谐振点处出现纹波电压、电流放大的不足，本发明的目的在于，提出一种采用电流单闭环控制稳流电源的低纹波控制方法。

为了实现上述任务，本发明采取的技术方案是：

一种采用电流单闭环控制稳流电源的低纹波控制方法，其特征在于，该方法在原有的补偿支路及负载上并联一个由电阻、电容串联构成的阻尼支路，同时将阻尼补偿支路、原有补偿支路中的补偿支路电流与负载电流之和作为电流反馈用于系统闭环控制；阻尼补偿支路的参数按照下列公式确定：

C_s1＝(3～4)·C_s

$R_{s1}=(0.8~1.2)\·\sqrt{\frac{L_l}{C_s}}---\left(1\right)$

式中，C_s1为阻尼补偿支路的电容，R_s1为阻尼补偿支路的电阻，L_l为负载电感，C_s原有补偿支路电容。

本发明通过对阻尼补偿支路中电阻、电容参数的合理的选择和设计，降低控制对象在上述谐振频率点的谐振峰，从而降低该频率的纹波电压和电流。

附图说明

图1为采用传统补偿方法的主电路及补偿支路结构图；

图2为本发明所提出的阻尼补偿支路的结构、连接方式；

图3为采用本发明方案的实施例的主电路结构图；

图4为采用本发明方案的实施例的控制对象频率特性与传统方案频率特性的对比；

图5为采用传统方案的输出电压纹波波形。

图6为采用本发明方案的实施例装置输出电压纹波波形。

以下结合附图和电路的工作原理及发明人给出的实施例对本发明作进一步详细描述。

具体实施方式

本发明在电流单闭环控制系统中传统补偿方案基础上提出增加阻尼补偿支路的技术方案，其结构如图2所示。由电阻和电容串联构成的阻尼补偿支路的结构，将其与采用传统补偿方法的负载相并联，同时将阻尼补偿支路、传统补偿方案中补偿支路电流与负载电流之和作为电流反馈用于系统闭环控制。

上述阻尼补偿支路的电路元件按照以下公式确定：

C_s1＝(3～4)·C_s

$R_{s1}=(0.8~1.2)\·\sqrt{\frac{L_l}{C_s}}---\left(1\right)$

式中，C_s1为阻尼补偿支路的电容，R_s1为为阻尼补偿支路的电阻，L_l为负载电感，C_s传统方案中的补偿支路电容。

图3为给出了一种采用阻尼补偿支路的电流单闭环系统实施例，装置的输入电压为350V直流，负载电阻为1Ω，负载电感为54mH。开关元件Q和二极管D采用英飞凌公司的FF400R06KE3。滤波电感L_f为0.2mH，其电阻R_f为1mΩ，输出滤波电容为4700μF/400V的电解电容，其内部等效串联电阻R_c为14mΩ。补偿电容C_s为25μF。设计阻尼补偿支路参数分别为C_s1＝100μF，R_s1＝47Ω。

图4为采用传统方法与本发明提出方案时，对象频率特性的仿真结果。

采用相同的PI调节器对系统进行校正，使系统开环截止频率为1kHz。图5为采用传统方法，在输出为280A/280V条件下输出电压纹波波形。图6为采用本发明的技术方案时，在相同输出条件下的输出电压纹波波形。从输出电压的纹波可以看出，采用本发明的技术方案，输出纹波电压得到大大降低，获得了良好的效果。

Claims (1)

1.一种采用电流单闭环控制稳流电源的低纹波控制方法，其特征在于，该方法在原有的补偿支路及负载上并联一个由电阻、电容串联构成的阻尼补偿支路，同时将阻尼补偿支路、原有补偿支路中的补偿支路电流与负载电流之和作为电流反馈用于系统闭环控制；阻尼补偿支路的参数按照下列公式确定：

C_s1＝(3～4)·C_s

$R_{s1}=(0.8~1.2)\·\sqrt{\frac{L_l}{C_s}}---\left(1\right)$

式中，C_s1为阻尼补偿支路的电容，R_s1为阻尼补偿支路的电阻，L₁为负载电感，C_s原有补偿支路电容。

Images