CN102136808A - 一种实现移相谐振软开关逆变器输出电流稳定的补偿电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种实现移相谐振软开关逆变器输出电流稳定的补偿电路，该方案可省去霍尔传感器或分流器，简化控制电路，消除传统采样电路引入的干扰，加快系统响应时间，提高逆变器输出恒流特性。它主要包括超前臂脉冲发生调节电路，超前臂脉冲发生调节电路的脉冲输出端与驱动脉冲采样电路、滞后臂脉冲发生调节电路、放大隔离电路分别连接，驱动脉冲采样电路与补偿电路连接，补偿电路与电流给定滤波电路连接，同时补偿电路接输入电流给定信号Vg；电流给定滤波电路分别与超前臂脉冲发生调节电路和滞后臂脉冲发生调节电路连接，滞后臂脉冲发生调节电路还分别与驱动脉冲采样电路、电流给定滤波电路、放大隔离电路连接。

Description

一种实现移相谐振软开关逆变器输出电流稳定的补偿电路
技术领域
本发明涉及的是一种实现移相谐振软开关逆变器输出电流稳定的补偿电路。
背景技术
在现有技术中，移相谐振软开关逆变器是一种性能优异的逆变器，应用广泛。公知的移相谐振软开关逆变器输出恒流的控制需要霍尔元件或分流器采样并进行反馈和PI调节，电路复杂，容易引入干扰，且成本高。中国专利申请200810014677.5公开了《一种实现逆变焊机电源输出电流稳定的补偿电路》，其应用在硬开关方式工作下的逆变焊机中，采用补偿电路后，具有省去霍尔传感器或分流器，简化控制电路，消除了传统采样电流引入的干扰，加快系统响应时间，提高电源输出恒流特性等优点。该方案虽然在硬开关工作方式逆变焊机中达到了发明的目的，但无法应用于控制相对复杂的移相谐振软开关逆变器中。中国专利申请03253489.2公开了《移相谐振软开关逆变器用控制驱动器》，因其采用电流型控制模式，系统响应速度快，有效减小主变压器过流，滞后臂脉冲宽度可调，消除了逆变器在小功率时的控制盲区，故在移相谐振软开关逆变器中得到广泛应用。但其仅是控制驱动功能，对于恒流输出的逆变器，如前面所述，必须引入电流反馈环节和PI调节环节，电路复杂，容易引入干扰，且成本高。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术存在的不足，在我公司《移相谐振软开关逆变器用控制驱动器》的专利技术基础上，提出一种实现移相谐振软开关逆变器输出电流稳定的补偿电路，该方案可省去霍尔传感器或分流器，简化控制电路，消除传统采样电路引入的干扰，加快系统响应时间，提高逆变器输出恒流特性。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种实现移相谐振软开关逆变器输出电流稳定的补偿电路，主要包括超前臂脉冲发生调节电路，超前臂脉冲发生调节电路的脉冲输出端与驱动脉冲采样电路、滞后臂脉冲发生调节电路、放大隔离电路分别连接，驱动脉冲采样电路与补偿电路连接，补偿电路与电流给定滤波电路连接，同时补偿电路接输入电流给定信号Vg；电流给定滤波电路分别与超前臂脉冲发生调节电路和滞后臂脉冲发生调节电路连接，滞后臂脉冲发生调节电路还分别与驱动脉冲采样电路、电流给定滤波电路、放大隔离电路连接。
所述超前臂脉冲发生调节电路包括脉宽调制器U1，具有斜坡补偿电路，并与超前臂死区时间调节电路连接。
所述滞后臂脉冲发生调节电路还与斜坡补偿电路连接。
所述驱动脉冲采样电路包括一个运算放大器U2A，它的正极端分别与电阻R3、电阻R4和电阻R5连接，其中电阻R5接地，电阻R3、电阻R4分别与U1的11脚、14脚，滞后臂脉冲发生调节电路、放大隔离电路连接，运算放大器U2A的负极端与输出端连接后，再与补偿电路连接。
所述电流给定滤波电路包括运算放大器U2B，它的正极端与并联的电阻R6、电容C1连接，并联的电阻R6、电容C1一端接地，另一端与补偿电路连接；运算放大器U2B的负极端与输出端连接后，再与电阻R7连接，电阻R7分别与电容C2和超前臂脉冲发生调节电路连接，电容C2接地。
所述补偿电路为一对串联的电阻R1和电阻R2。
所述超前臂死区时间调节电路包括比较器U2C，它的正极端与超前臂脉冲发生调节电路连接，比较器U2C的负极端接并联的电阻R9、电容C3，并联的电阻R9、电容C3一端接地，电阻R10与超前臂脉冲发生调节电路连接，另一端与比较器U2C的负极连接，比较器U2C的输出端分别接电阻R11，二极管RB1的阳极，电阻R11另一端接+15V，二极管RB1的阴极与超前臂脉冲发生调节电路连接。
本发明的控制电路主要包括超前臂脉冲发生调节电路，驱动脉冲采样电路，补偿电路，电流给定滤波电路，滞后臂脉冲发生调节电路，超前臂死区时间调节电路，放大隔离电路。其超前臂脉冲发生调节电路中的脉宽调制器采用电流型脉宽调制器，作为移相谐振软开关逆变器的脉宽调制器；驱动脉冲采样电路采用电阻和运算放大器组成的隔离采样电路；补偿电路是由两个补偿电阻组成；电流给定滤波电路采用两级RC阻容滤波；滞后臂脉冲发生调节电路带有脉宽控制电路。
输入的电流给定信号Vg接至补偿电路电阻R1的一端，电阻R1的另一端接U2B的正极，电流型脉宽调制器的U1的11脚连接采样电阻R3的一端，同时分别接放大隔离电路、滞后臂脉冲发生调节电路，电流型脉宽调制器的U1的14脚连接采样电阻R4的一端，同时分别接放大隔离电路、滞后臂脉冲发生调节电路，电阻R3和电阻R4的另一端共同连接电阻R5的一端，同时连接运算放大器U2A的正极，电阻R5的另一端接地，电流型脉宽调制器的U1的10脚连接滞后臂脉冲发生调节电路，运算放大器U2A的输出端接至运算放大器U2A的负极，同时连接补偿电路电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接运算放大器U2B的正极，电流给定滤波电路的电容C1一端与电阻R6一端共同连接运算放大器U2B的正极，电容C1和电阻R6的另一端共同接地，运算放大器U2B的输出端连接运算放大器U2B的负极，同时接电阻R7的一端，电阻R7的另一端连接电容C2的一端，同时连接脉宽调制器U1的5脚，电容C2的另一端接地，脉宽调制器U1的5脚连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端连接滞后臂脉冲发生调节电路，滞后臂脉冲发生调节电路连接放大隔离电路，电流型脉宽调制器的U1的2脚接电阻R10的一端，电阻R10的另一端接比较器U2C的负极，电阻R9和电容C3的一端共同连接比较器U2C的负极，电阻R9和电容C3的另一端共同接地，电流型脉宽调制器的U1的8脚接比较器U2C的正极，比较器U2C的输出端接电阻R11的一端，另一端接+15V，二极管RB1的阳极接比较器U2C的输出端，二极管RB1的阴极接电流型脉宽调制器的U1的4脚。
本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，在该方案中，电流型脉宽调制器U1的11、14号脚输出脉冲经过电阻R3、电阻R4、电阻R5和运算放大器U2A后，得到的前馈电压信号Vf作为输出电流采样信号，通过补偿电阻R2对电流给定信号Vg’进行补偿，经过电流给定滤波电路后，得到脉宽调制器U1第5脚的脉宽控制信号Vin，所述的Vg、Vf、Vin之间的关系是：
V in = R 2 R 1 + R 2 V g + R 1 R 1 + R 2 V f
其中
Figure BDA0000051159360000042
(Vcc为脉宽控制器U1电源电压，D为脉冲占空比)
当所述的电流给定信号Vg不变，逆变电源输出电流发生波动时，占空比D会发生调整，则反馈电压Vf随之变化，前馈补偿量
Figure BDA0000051159360000051
也随之发生变化，补偿后得到的Vin调制脉宽调制器U1的11、14号脚输出脉宽，同时Vin也作为滞后臂脉冲发生调节电路脉宽控制信号，调制滞后臂驱动脉冲，使移相谐振软开关逆变器输出电流保持恒流，从而实现无霍尔传感器或分流器反馈的恒流控制，简化了控制电路，消除了传统采样电路引入的干扰，加快了系统响应时间，有效提高电源输出恒流特性。
附图说明
图1是本发明电路示意图。
图2是本发明中补偿电路的一种变相形式的电路示意图。
图3是本发明中驱动脉冲采样电路的一种变相形式的电路示意图。
图4是本发明中电流给定滤波电路的一种变相形式的电路示意图。
其中，1为超前臂脉冲发生调节电路，2为驱动脉冲采样电路，3为电流给定滤波电路，4为补偿电路，5为滞后臂脉冲发生调节电路，6为斜坡补偿电路，7为超前臂死区时间调节电路，8为放大隔离电路。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
图1中，它包括超前臂脉冲发生调节电路1，超前臂脉冲发生调节电路1设有脉宽调制器U1，脉宽调制器U1的脉冲输出端与驱动脉冲采样电路2连接，同时连接滞后臂脉冲发生调节电路5和放大隔离电路8，脉宽调制器U1的10脚与滞后臂脉冲发生调节电路5连接，超前臂脉冲发生调节电路1中的斜坡补偿电路6与滞后臂脉冲发生调节电路5连接，驱动脉冲采样电路2则与补偿电路4连接，补偿电路4与电流给定滤波电路3连接，同时接输入电流给定信号Vg，电流给定滤波电路3与脉宽调制器U1的控制端连接，同时与滞后臂脉冲发生调节电路5连接，滞后臂脉冲发生调节电路5与放大隔离电路8连接，超前臂死区时间调节电路7与超前臂脉冲发生调节电路1连接。
超前臂脉冲发生调节电路1是采用电流型脉宽调制器，并具有斜坡补偿电路6。
驱动脉冲采样电路2采用电阻R3、电阻R4、电阻R5和运算放大器U2A组成的采样电路。
电流给定滤波电路3采用电容C1、电容C2、电阻R6、电阻R7和运算放大器U2B构成的阻容滤波电路。
补偿电路4由两个补偿电阻R1、R2组成。
超前臂死区时间调节电路7采用电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容C3、二极管RB1和比较器U2C构成的比较电路。
滞后臂脉冲发生调节电路5带有脉宽控制电路。
具体电路连接为：输入的电流给定信号Vg接至补偿电路4中电阻R1的一端，电阻R1的另一端接电流给定滤波电路3中运算放大器U2B的正极，电流型脉宽调制器U1的11脚连接驱动脉冲采样电路2中电阻R3的一端，同时分别接放大隔离电路8、滞后臂脉冲发生调节电路5，电流型脉宽调制器U1的14脚连接驱动脉冲采样电路2中电阻R4的一端，同时分别接放大隔离电路8、滞后臂脉冲发生调节电路5，电阻R3和电阻R4的另一端共同连接电阻R5的一端，同时连接运算放大器U2A的正极，电阻R5的另一端接地，电流型脉宽调制器U1的10脚连接滞后臂脉冲发生调节电路5，驱动脉冲采样电路2中运算放大器U2A的输出端接至运算放大器U2A的负极，同时连接补偿电路4中电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接电流给定滤波电路3中运算放大器U2B的正极，电流给定滤波电路3中电容C1一端与电阻R6一端共同连接运算放大器U2B的正极，电容C1和电阻R6的另一端共同接地，运算放大器U2B的输出端连接运算放大器U2B的负极，同时接电阻R7的一端，电阻R7的另一端连接电容C2的一端，同时连接脉宽调制器U1的5脚，电容C2的另一端接地，脉宽调制器U1的5脚连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端连接滞后臂脉冲发生调节电路5，滞后臂脉冲发生调节电路5连接放大隔离电路8，电流型脉宽调制器的U1的2脚接超前臂死区时间调节电路7中电阻R10的一端，电阻R10的另一端接比较器U2C的负极，电阻R9和电容C3的一端共同连接比较器U2C的负极，电阻R9和电容C3的另一端共同接地，比较器U2C的正极接电流型脉宽调制器U1的8脚，比较器U2C的输出端接电阻R11的一端，另一端接+15V，二极管RB1的阳极接比较器U2C的输出端，二极管RB1的阴极接电流型脉宽调制器的U1的4脚。
所述的超前臂脉冲发生调节电路1，滞后臂脉冲发生调节电路5，斜坡补偿电路6，放大隔离电路8，内部电路结构详见中国专利申请03253489.2《移相谐振软开关逆变器用控制驱动器》。
超前臂脉冲发生调节电路1作用：通过电流控制信号，峰值电流反馈信号及斜坡补偿信号，产生并调制超前臂驱动脉冲宽度。
驱动脉冲采样电路2作用：对超前臂驱动脉冲宽度进行采样，通过电阻分压，得到符合要求的脉冲占空比信号，经运算放大器隔离后，提供电压信号Vf，作为恒流补偿电路中的反馈信号。
电流给定滤波电路3作用：对补偿后得到的给定信号Vg’进行阻容滤波，得到Vin信号。
补偿电路4作用：对电流给定信号Vg进行前馈补偿，引入随输出负载变化的电压反馈信号Vf，得到给定信号Vg’。
滞后臂脉冲发生调节电路5作用：通过Vin信号及斜坡补偿信号，产生并调制滞后臂驱动脉冲信号。
斜坡补偿电路6作用：为超前臂脉冲发生调节电路，滞后臂脉冲发生调节电路提供斜坡信号，使系统能够稳定工作。
超前臂死区时间调节电路7作用：控制超前臂驱动脉冲死区时间。
放大隔离电路8作用：对超前臂脉冲发生调节电路，滞后臂脉冲发生调节电路发出的脉冲驱动信号进行放大隔离，驱动逆变器功率开关器件。

Claims (6)

1.一种实现移相谐振软开关逆变器输出电流稳定的补偿电路，其特征是，它主要包括超前臂脉冲发生调节电路(1)，超前臂脉冲发生调节电路(1)的脉冲输出端与驱动脉冲采样电路(2)、滞后臂脉冲发生调节电路(5)、放大隔离电路(8)分别连接，驱动脉冲采样电路(2)与补偿电路(4)连接，补偿电路(4)与电流给定滤波电路(3)连接，同时补偿电路(4)接输入电流给定信号Vg；电流给定滤波电路(3)分别与超前臂脉冲发生调节电路(1)和滞后臂脉冲发生调节电路(5)连接，滞后臂脉冲发生调节电路(5)还分别与驱动脉冲采样电路(2)、电流给定滤波电路(3)、放大隔离电路(8)连接。
2.如权利要求1所述的实现移相谐振软开关逆变器输出电流稳定的补偿电路，其特征是，所述超前臂脉冲发生调节电路(1)包括脉宽调制器U1，具有斜坡补偿电路(6)，并与超前臂死区时间调节电路(7)连接。
3.如权利要求1所述的实现移相谐振软开关逆变器输出电流稳定的补偿电路，其特征是，所述驱动脉冲采样电路(2)包括一个运算放大器U2A，它的正极端分别与电阻R3、电阻R4和电阻R5连接，其中电阻R5接地，电阻R3、电阻R4分别与滞后臂脉冲发生调节电路(5)、放大隔离电路(8)连接，运算放大器U2A的输出端与补偿电路(4)连接。
4.如权利要求1所述的实现移相谐振软开关逆变器输出电流稳定的补偿电路，其特征是，所述电流给定滤波电路(3)包括运算放大器U2B，它的正极端与并联的电阻R6、电容C1连接，并联的电阻R6、电容C1一端接地，另一端与补偿电路(4)连接；运算放大器U2B的输出端与电阻R7连接，电阻R7分别与电容C2和超前臂脉冲发生调节电路(1)连接，电容C2接地。
5.如权利要求1所述的实现移相谐振软开关逆变器输出电流稳定的补偿电路，其特征是，所述补偿电路(4)为一对串联的电阻R1和电阻R2。
6.如权利要求1所述的实现移相谐振软开关逆变器输出电流稳定的补偿电路，其特征是，所述超前臂死区时间调节电路(7)包括比较器U2C，它的正极端与超前臂脉冲发生调节电路(1)连接，比较器U2C的负极端接并联的电阻R9、电容C3，并联的电阻R9、电容C3一端接地，电阻R10与超前臂脉冲发生调节电路连接，另一端与比较器U2C的负极端连接，比较器U2C的输出端分别接电阻R11，二极管RB1的阳极，电阻R11另一端接+15V，二极管RB1的阴极与超前臂脉冲发生调节电路(1)连接。
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