CN102005927B - 用查表法修正串联谐振开关变换器谐振漂移的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种修正开关变换器谐振漂移的装置及方法，特别是涉及一种利用查表法修正串联谐振开关变换器谐振漂移的装置及方法。解决现有技术中基于串联谐振开关变换器技术设计的电容器充电电源中谐振频率漂移，引起的变换器开关非零关断的问题，提供一种利用查表法修正串联谐振充电电源谐振漂移的装置及方法，在谐振频率发生漂移时，改变变换器开关的导通时间，而维持谐振频率与变换器开关时间的关系不变，使变换器始终在零电流开关。技术方案：包括变换器、谐振电路、变压器、整流电路、储能电容、驱动电路、数字控制器、查表模块，数字控制器与查表模块电连接。本发明主要应用于串联谐振变换器式电容器充电电源零电流状态的场合。

Description

用查表法修正串联谐振开关变换器谐振漂移的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种修正开关变换器谐振漂移的装置及方法，特别是涉及一种利用查表法修正串联谐振开关变换器谐振漂移的装置及方法。 

背景技术

高压电容器充电电源基于高频变换器技术设计，变换器的拓扑为串联谐振开关变换器结构。这种拓扑的特点是变换器开关在谐振电流为零时动作，变换器开关的导通时间与谐振频率为固定值，并存在一定关系。开关在每次谐振电流发生的第一次回到零时关断，也就是所谓零电流开关(软开关)，避免了开关在其电流非零时切换而出现的所谓硬开关现象。电源输出调节依靠开关频率的改变。然而，高压充电工程中谐振频率不可避免的漂移，使变换器开关不在谐振电流为零时动作，造成变换器的特性发生改变。因此设计一种自动监测并判断谐振频率漂移的电路，它可以在充电电源的变换器工作正常时无输出，当变换器现非零电流开关状况时，输出一个脉冲电压信号。用这个信号即可调整变换器开关状态，恢复正常特性。 

工业电子学报中《一种采用串联谐振拓扑，固定导通时间，变频控制和零电流开关的电容器充电电源》(A capacitor-charging power supple using a series-resonant lopology，constant on-time/vfariabe frequenency control，and zero-current switching IEEE Transactions on Industrial Electronics，Vol.38，No.6，December，1991)，对这种电容器充电电源作了详细说明。但电源在它的输出变压器变比较大和负载变 化也大的情况下，变压器的分布电容会使谐振频率变化。变换器不再零电流时开关，使变换器开关器件的电流应力和电磁辐射加大。对这种现象该文章作了忽略处理。因此，这类电容器充电电源都用加大变换器开关器件的电流参数值，来处应对问题，显然还未解决电磁辐射。另外办法是改用其它变换器拓扑设计充电电源。在《串并联谐振变换器在电容器充电电源中的应用》(Using the series parallel resonant converter in capacitor charging applications.The 7th Applied Power Electronics Conference and Exposition，Barry C Pollard，Boston，M A，USA，1992)中，用并用串-并联谐振变换器方式设计电容器充电电源，由于工作原理不同因而不涉及上述现象。但这种电容器充电电源不及采用串联谐振零电流开关变换器设计电容充电电源使用广泛。 

这样对出现的问题：一个是忽略，另一个采取其它的电路拓扑结构设计。忽略的原因是串联谐振零电流开关变换器是依靠固定开关时间，变化开关频率的方式工作。而开关时间与谐振频率存在固定的对应关系。本发明针对谐振频率的漂移，自动调节变换器开关时间，可维持其固定的对应关系。 

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中基于串联谐振开关变换器技术设计的电容器充电电源中谐振频率漂移，引起的变换器开关非零关断的问题，提供一种利用查表法修正串联谐振充电电源谐振漂移的装置及方法，在谐振频率发生漂移时，改变变换器开关的导通时间，而维持谐振频率与变换器开关时间的关系不变，使变换器始终在零电流开关。 

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是： 

一种用查表法修正串联谐振开关变换器谐振漂移的装置，包括变换器、谐振电路、变压器、整流电路、储能电容、驱动电路、数字控制器、查表模块，其中查表模块与数字控制器电连接。 

一种用查表法修正串联谐振开关变换器谐振漂移的方法，利用电源输出电压与控制器驱动的输出的对应关系，设置一个电源在不同输出电压下，谐振频率漂移对应驱动脉冲宽度的函数表放入控制器程序存储器中，工作时在用查表的方式即可修正控制器输出的开关驱动，使其自动跟随谐振频率的变化而改变，从而防止谐振频率漂移引起的非零电流开关现象发生。具体步骤包括： 

1)先使没有矫正的充电电源带载工作，测量出串联电路谐振频率f值，变换器开关导通时间T，以及在不同时刻的输出电压下，对应谐振频率，直到充电结束； 

2)然后把开关导通时间与相位差值相加，得到一个不同频率下的变换器开关导通时间组； 

3)这个组的每一个值都对应一个相应的充电机输出电压值，即得出一个输出电压与不同谐振频率下的变换器开关时间对应表，然后把它以程序的方式放入查表模块中； 

4)充电电源工作时，不同的电压值反馈到控制器中时，程序把一个与输出电压对应的、不同导通时间的开关信号，从查表模块中取出，取代原来的开关导通时间，驱动变换器开关。 

从上述本发明的结构特征可以看出，其优点是：通过查找表方法，可使串联谐振变换器式电容器充电电源中的变换器开关始终保持在零电流时动作，提高了电源的效率，消除因非零电流开关而生产电磁幅射污染；也 没有加大变换器开关器件的过流能力或改变电路的硬件结构，从而节约了生产成本。 

附图说明

本发明将通过附图比较以及结合实例的方式说明： 

图1是全数字化控制的基于串联谐振全桥变换器的电容器充电电源框图。图中L、C构成串联谐振电路。 

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 

设计原理：如果充电电源的变换器开关控制系统是数字式的，它的特点是变换器的开关控制等是由控制器里查表模块决定，所用控制芯片通常是DSP(数字信号处理器)、FPGA(现场可编程门阵列)、PLC(可编程控制器)或微处理器。则可利用电源输出电压与控制器驱动的输出的对应关系，设置一个电源在不同输出电压下，谐振频率漂移对应驱动脉冲宽度的函数表放入控制器查表模块中，工作时通过查表模块即可修正控制器输出的开关驱动，使其自动跟随谐振频率的改变，从而防止谐振频率漂移引起的非零电流开关现象发生。 

具体过称为：利用电源输出电压与控制器驱动的输出的对应关系，设置一个电源在不同输出电压下，谐振频率漂移对应驱动脉冲宽度的函数表放入数字控制器的查找模块(程序存储器)中，工作时通过查找表查表方式即可修正控制器输出的开关驱动。根据不同的充电电源输出电压值，查出对应的变换器驱动脉冲宽度时间数据，作为新的变换器开关导通时间。这种改变使驱动脉冲宽度始终对应谐振电流半周期的过零时刻。 

在图1的电源系统中，用实验或计算的方式得到谐振频率漂移与变换器开关的导通时间误差。这里以实验为例，先使没有矫正的充电电源带载工作，测量出串联电路谐振频率f值，变换器开关导通时间T，以及在不同时刻的输出电压下，对应谐振频率，直到充电结束。例如：充电机输出电压分别为V0、V1、V2、...Vt，对应的变换器电流的谐振频率为：f0、f1、f2...ft，对应的谐振波形的零点与变换器开关关断时刻的相位差：w0、w1、w2...wt。然后把开关导通时间与相位差值相加，得到一个不同的变换器开关导通时间组：T+w0、T+w1、T+w2、...T+wt。显而易见，这个组的每一个值都对应一个相应的充电机输出电压值，即得出一个输出电压与不同谐振频率下的变换器开关时间对应表，然后把它以程序的方式存入查表模块中。这样在充电电源工作时，不同的电压值反馈到控制器中时，查表模块将程序中与输出电压对应的、不同导通时间的开关信号，从查表模块中取出，取代原来的开关导通时间，驱动变换器开关。因此，保证了变换器开关始终在谐振电流为零的地方动作。数据组取值间隔时间越短，其开关的关断时刻，越趋近谐振电流的零点。 

本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。 

Claims (2)

1.一种用查表法修正串联谐振开关变换器谐振漂移的装置，包括开关变换器、谐振电路、变压器、整流电路、储能电容、驱动电路，其特征在于还包括数字控制器、查表模块，开关变换器、谐振电路、变压器、整流电路、储能电容、数字控制器、驱动电路顺序电连接，其中查表模块与数字控制器电连接，所述查表模块用于加载一个开关变换器输出电压与不同谐振频率下对应的开关时间对应表，所述数字控制器用于通过调用开关时间对应表的开关信号控制开关变换器工作，所述开关时间对应表是根据没有矫正的开关变换器带载工作时，开关变换器不同的电压输出值对应不同的谐振频率，从而得到一个开关变换器导通时间组与对应输出电压值的开关时间对应表。

2.一种用查表法修正串联谐振开关变换器谐振漂移的方法，其特征在于利用开关变换器输出电压与控制器驱动的输出的对应关系，设置一个开关变换器在不同输出电压下，谐振频率漂移对应驱动脉冲宽度的函数表放入控制器程序存储器中，工作时在用查表的方式即可修正控制器输出的开关驱动，使其自动跟随谐振频率的变化而改变，从而防止谐振频率漂移引起的非零电流开关现象发生，所述方法具体步骤包括：

1）先使没有矫正的开关变换器带载工作，测量出串联电路谐振频率f值，开关变换器开关导通时间T，以及在不同时刻开关变换器的输出电压下对应谐振频率，直到充电结束；

2）然后把开关导通时间与相位差值相加，得到一个不同谐振频率下的开关变换器开关导通时间组，所述相位差为对应的谐振波形的零点与开关变换器开关关断时刻的相位差；

3）这个组的每一个值都对应一个相应的开关变换器输出电压值，即得出一个输出电压与不同谐振频率下的开关变换器开关时间对应表，然后把它以程序的方式放入查表模块中；

4）开关变换器工作时，不同的输出电压值反馈到数字控制器中时值反馈到控制器中时，把一个与输出电压对应的、不同导通时间的开关信号，从查表模块中取出，取代原来的开关导通时间。

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