CN111509984A - 一种单相pet后级dc-dc变换器二次纹波抑制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单相PET后级DC‑DC变换器二次纹波抑制方法，将隔离型DC‑DC变换器输入侧的二次电压纹波的相位信息θ2实时地引入变换器的反馈控制系统，经过计算后得到相应控制参数，通过控制隔离型DC‑DC变换器的一、二次侧桥臂中点电压之间的移相角
Figure DDA0002469849310000011
通过调制模块得到一次侧桥臂中点电压占空比D1和二次侧桥臂中点电压占空比D2，使隔离型DC‑DC变换器输出侧的二次电压纹波减小，极大提高了变换器输出的电能质量和系统稳定性，减小了对变换器中器件的不利影响。

Description

一种单相PET后级DC-DC变换器二次纹波抑制方法
技术领域
本发明属于电气控制技术领域，具体涉及一种单相PET后级DC-DC变换器二次纹波抑制方法的设计。
背景技术
目前，AC-DC-DC变换器(Power Electronic Transformer，PET)广泛应用在充电站、隔离型交直变换器中。隔离型双向DC-DC变换器作为AC-DC变换器后级，其输入输出均为直流，这种变换器还具有宽输入输出电压范围、输入输出电气隔离且易于实现软开关的特点。
由于单相整流电路会产生两倍于网侧电压频率的交流波动功率，该波动功率导致单相AC-DC变换器直流输出侧出现二次电压纹波，在传统控制中隔离型双向DC-DC变换器的功率并不能随输入电压幅值反向波动，导致输出电压也含有二次纹波。DC-DC输出低频电压纹波幅值较大会对变换器输出的电能质量、系统稳定性及变换器的器件产生不利影响。
发明内容
本发明的目的是针对DC-DC变换器的二次纹波造成的危害，提出了一种单相PET后级DC-DC变换器二次纹波抑制方法，能够抑制隔离型DC-DC变换器的二次电压纹波传递至负载侧。
本发明的技术方案为：一种单相PET后级DC-DC变换器二次纹波抑制方法，包括以下步骤：
S1、采集DC-DC变换器的输出电压，并根据输出电压计算得到反馈控制量。
S2、采集DC-DC变换器的输入电压，并根据输入电压计算得到修正量。
S3、根据反馈控制量与修正量计算得到修正后的反馈控制量。
S4、将修正后的反馈控制量输入调制模块，产生对应的开关控制信号，控制DC-DC变换器主电路中开关器件的通断，实现对DC-DC变换器二次纹波的抑制。
进一步地，步骤S1包括以下分步骤：
S11、采集DC-DC变换器的输出电压V2，并将其转化为数字量。
S12、将输出电压V2的数字量经过100Hz陷波器后与给定参考电压V2ref求差，得到误差量。
S13、采用PID控制方法对误差量进行反馈控制计算，得到反馈控制量
Figure BDA0002469849290000011
进一步地，步骤S2包括以下分步骤：
S21、采集DC-DC变换器的输入电压V1，并将输入电压V1中的二次电压纹波V1_2分离出来。
S22、将二次电压纹波V1_2经过100Hz锁相环PLL，获取二次电压纹波的相位信息θ2。
S23、对相位信息θ2进行取反，得到相位信息-θ2。
S24、将相位信息-θ2的正弦量-sinθ2与数字量1相加，得到修正量1-sinθ2。
进一步地，步骤S3具体为：将反馈控制量
Figure BDA0002469849290000021
与修正量1-sinθ2相乘，得到修正后的反馈控制量
Figure BDA0002469849290000022
进一步地，步骤S4包括以下分步骤：
S41、将修正后的反馈控制量
Figure BDA0002469849290000023
输入调制模块，通过占空比计算得到DC-DC变换器的一次侧桥臂中点电压占空比D1和二次侧桥臂中点电压占空比D2。
S42、根据修正后的反馈控制量
Figure BDA0002469849290000024
一次侧桥臂中点电压占空比D1和二次侧桥臂中点电压占空比D2，采用开关信号产生算法产生对应的开关控制信号，控制DC-DC变换器主电路中开关器件的通断，实现对DC-DC变换器二次纹波的抑制。
进一步地，步骤S41中一次侧桥臂中点电压占空比D1的计算公式为：
Figure BDA0002469849290000025
二次侧桥臂中点电压占空比D2的计算公式为：
Figure BDA0002469849290000026
其中k为等效电压比，且
Figure BDA0002469849290000027
n为变压器原边和副边匝数之比，V1为DC-DC变换器的输入电压，V2为DC-DC变换器的输出电压。
本发明的有益效果是：
(1)与传统控制相比，本发明不需要引入幅值反馈而使用的除法器，避免启动或负载切换过程中产生的电压大幅跌落或震荡。
(2)本发明的使用可以在DC-DC变换器明显含有低频纹波的情况下，保证输出不含有低频纹波，减小因单相AC-DC变换器产生的低频纹波对负载的影响。
(3)本发明可以明显放宽AC-DC-DC变换器中对DC-DC变换器输入纹波的约束，减小AC-DC变换器的输出支撑电容，进而减小电容容值、增加变换器功率密度降低系统成本。
(4)本发明的使用可以将应用在单相AC-DC-DC中短寿命的电解电容更换为长寿命、更安全的薄膜电容，显著增加了系统的可靠性。
附图说明
图1所示为本发明实施例提供的隔离型双向DC-DC变换器拓扑图。
图2所示为本发明实施例提供的单相PET后级DC-DC变换器二次纹波抑制方法控制框图。
图3所示为本发明实施例提供的单相PET后级DC-DC变换器二次纹波抑制方法流程图。
图4所示为本发明实施例提供的采用传统控制方法时单相PET后级DC-DC变换器的主要波形示意图。
图5所示为本发明实施例提供的采用本发明方法时单相PET后级DC-DC变换器的主要波形示意图。
具体实施方式
现在将参考附图来详细描述本发明的示例性实施方式。应当理解，附图中示出和描述的实施方式仅仅是示例性的，意在阐释本发明的原理和精神，而并非限制本发明的范围。
隔离型DC-DC控制器的控制原理是通过控制隔离型DC-DC变换器的一、二次侧桥臂中点电压之间的移相角
Figure BDA0002469849290000031
一次侧桥臂中点电压占空比D1和二次侧桥臂中点电压占空比D2，使DC-DC变换器在输入电压明显含有二次纹波的条件下，输出电压平直。由于隔离型DC-DC变换器的控制信号由输出侧电压反馈量经控制器调节后给定，并且DC-DC变换器输入侧二次电压纹波是一个两倍于电网频率的交流量，它随着时间作正弦规律变化，也即有相位信息。所以，在变换器的闭环控制系统的控制器输出结果中引入取自输入侧的二次电压纹波的相位信息，就可以消除由变换器输入侧二次电压纹波所产生的输出侧二次电压纹波。
基于此，本发明实施例提供了一种单相PET后级DC-DC变换器二次纹波抑制方法，其可以应用在多种隔离拓扑中，如图1所示。
如图2-图3所示，本发明实施例提供的单相PET后级DC-DC变换器二次纹波抑制方法包括以下步骤S1～S4：
S1、采集DC-DC变换器的输出电压，并根据输出电压计算得到反馈控制量。
步骤S1包括以下分步骤S11～S13：
S11、采集DC-DC变换器的输出电压V2，并将其转化为数字量。
S12、将输出电压V2的数字量经过100Hz陷波器后与给定参考电压V2ref求差，得到误差量。
S13、采用PID控制方法对误差量进行反馈控制计算，得到反馈控制量
Figure BDA0002469849290000041
S2、采集DC-DC变换器的输入电压，并根据输入电压计算得到修正量。
步骤S2包括以下分步骤S21～S24：
S21、采集DC-DC变换器的输入电压V1，并将输入电压V1中的二次电压纹波V1_2分离出来。
S22、将二次电压纹波V1_2经过100Hz锁相环PLL，获取二次电压纹波的相位信息θ2。
S23、对相位信息θ2进行取反，得到相位信息-θ2。
S24、将相位信息-θ2的正弦量-sinθ2与数字量1相加，得到修正量1-sinθ2，该修正量是根据二次电压纹波实时产生的。
S3、根据反馈控制量与修正量计算得到修正后的反馈控制量。
本发明实施例中，将反馈控制量
Figure BDA0002469849290000042
与修正量1-sinθ2相乘，得到修正后的反馈控制量
Figure BDA0002469849290000043
修正后的反馈控制量
Figure BDA0002469849290000044
可以与输出电压V2保持相位相反，也就是根据输入电压V1保持波动。
S4、将修正后的反馈控制量输入调制模块，产生对应的开关控制信号，控制DC-DC变换器主电路中开关器件的通断，实现对DC-DC变换器二次纹波的抑制。
步骤S4包括以下分步骤S41～S42：
S41、将修正后的反馈控制量
Figure BDA0002469849290000045
输入调制模块，通过占空比计算得到DC-DC变换器的一次侧桥臂中点电压占空比D1和二次侧桥臂中点电压占空比D2。
本发明实施例中，一次侧桥臂中点电压占空比D1的计算公式为：
Figure BDA0002469849290000051
二次侧桥臂中点电压占空比D2的计算公式为：
Figure BDA0002469849290000052
其中k为等效电压比，且
Figure BDA0002469849290000053
n为变压器原边和副边匝数之比，V1为DC-DC变换器的输入电压，V2为DC-DC变换器的输出电压。
S42、根据修正后的反馈控制量
Figure BDA0002469849290000054
一次侧桥臂中点电压占空比D1和二次侧桥臂中点电压占空比D2，采用开关信号产生算法产生对应的开关控制信号，控制DC-DC变换器主电路中开关器件的通断，实现对DC-DC变换器二次纹波的抑制。
本发明实施例中，以图1(a)所示的双边H桥变换器为例，采用的开关信号产生算法具体如下：
A1、产生频率为fs，幅值为A∈[0,2]的锯齿波，并设置幅值的比较下限为AL，比较上限为AH。
A2、对于开关管S1，令AL＝0，AH＝1，当锯齿波的幅值位于比较下限和比较上限之间时，输出控制信号逻辑为1，否则输出控制信号逻辑为0。
A3、在开关管S1控制信号的基础上进行移相，其中开关管S4的移相为(1-D1)Ts/2，开关管S5的移相为
Figure BDA0002469849290000055
开关管S8的移相为
Figure BDA0002469849290000056
其中Ts表示开关周期，由于H桥的上下桥臂开关管控制信号互补，因此可得开关管S1～S8的控制信号。
如图4所示为采用传统控制方法时单相PET后级DC-DC变换器的主要波形，如图5所示为采用本发明方法时单相PET后级DC-DC变换器的主要波形。对比两图可知，本发明将隔离型DC-DC变换器输入侧二次电压纹波的相位信息θ2引入控制回路中，得到的功率与输入电压波动趋势明显相反，且输出电压相对传统控制方法纹波明显降低，说明本发明能够有效抑制隔离型DC-DC变换器输出侧二次电压纹波，有效减少对负载的影响、提升电能质量并提高了变换器的稳定性。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种单相PET后级DC-DC变换器二次纹波抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采集DC-DC变换器的输出电压，并根据输出电压计算得到反馈控制量；
S2、采集DC-DC变换器的输入电压，并根据输入电压计算得到修正量；
S3、根据反馈控制量与修正量计算得到修正后的反馈控制量；
S4、将修正后的反馈控制量输入调制模块，产生对应的开关控制信号，控制DC-DC变换器主电路中开关器件的通断，实现对DC-DC变换器二次纹波的抑制。
2.根据权利要求1所述的单相PET后级DC-DC变换器二次纹波抑制方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下分步骤：
S11、采集DC-DC变换器的输出电压V2，并将其转化为数字量；
S12、将输出电压V2的数字量经过100Hz陷波器后与给定参考电压V2ref求差，得到误差量；
S13、采用PID控制方法对误差量进行反馈控制计算，得到反馈控制量
Figure FDA0002469849280000011
3.根据权利要求1所述的单相PET后级DC-DC变换器二次纹波抑制方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下分步骤：
S21、采集DC-DC变换器的输入电压V1，并将输入电压V1中的二次电压纹波V1_2分离出来；
S22、将二次电压纹波V1_2经过100Hz锁相环PLL，获取二次电压纹波的相位信息θ2；
S23、对相位信息θ2进行取反，得到相位信息-θ2；
S24、将相位信息-θ2的正弦量-sinθ2与数字量1相加，得到修正量1-sinθ2。
4.根据权利要求1所述的单相PET后级DC-DC变换器二次纹波抑制方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：将反馈控制量
Figure FDA0002469849280000012
与修正量1-sinθ2相乘，得到修正后的反馈控制量
Figure FDA0002469849280000013
5.根据权利要求1所述的单相PET后级DC-DC变换器二次纹波抑制方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下分步骤：
S41、将修正后的反馈控制量
Figure FDA0002469849280000014
输入调制模块，通过占空比计算得到DC-DC变换器的一次侧桥臂中点电压占空比D1和二次侧桥臂中点电压占空比D2；
S42、根据修正后的反馈控制量
Figure FDA0002469849280000015
一次侧桥臂中点电压占空比D1和二次侧桥臂中点电压占空比D2，采用开关信号产生算法产生对应的开关控制信号，控制DC-DC变换器主电路中开关器件的通断，实现对DC-DC变换器二次纹波的抑制。
6.根据权利要求5所述的单相PET后级DC-DC变换器二次纹波抑制方法，其特征在于，所述步骤S41中一次侧桥臂中点电压占空比D1的计算公式为：
Figure FDA0002469849280000021
二次侧桥臂中点电压占空比D2的计算公式为：
Figure FDA0002469849280000022
其中k为等效电压比，且
Figure FDA0002469849280000023
n为变压器原边和副边匝数之比，V1为DC-DC变换器的输入电压，V2为DC-DC变换器的输出电压。
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