CN112713759A - 减小交流供电直流输出电源工频纹波的控制方法及结构 - Google Patents

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Abstract

一种用于减小交流供电直流输出电源工频纹波的控制方法及结构。应用于交直流变换器(AC/DC变换器)中DC/DC变换电压环控制部分，通过硬件采样得到DC/DC变换器输出电压的平均值MX_aver和输出电压的时时值MX_real，两个采样值相减得到时时的工频纹波值(MX_real‑MX_aver)，并通过修改传统的电压环控制方式，电压环中放大工频纹波值的当量，加到基准上，经过PI控制器，来抑制输出工频纹波。通过增加硬件滤波和修改软件控制环路达到减小降低交直流变换器输出工频纹波的目的。使得交直流变换器输出电压的工频纹波满足纹波峰峰值1％的要求。

Description

减小交流供电直流输出电源工频纹波的控制方法及结构
技术领域
本发明涉及电源交直流转换领域，尤指一种用于减小交流供电直流输出电源工频纹波的控制方法及结构。
背景技术
日常生活中的电器较为普遍使用的是直流电器，因而通常需要外置或内置一个交流供电直流输出的变换器将交流电源转换为直流，而现有的变换器，当电源的供电是采用交流单相或者三相供电时，其输出的整流电压都会含有很大的工频纹波，进而导致后面变换器的输出同样含有对应的工频纹波。在一些严格要求变换器输出纹波的场合，只有通过增大母线输出电解电容来达到减小母线工频纹波的目的。但是由于体积的限制，往往很难做到。
发明内容
为解决上述问题，本发明主要目的在于，提供一种用于减小交流供电直流输出电源工频纹波的控制方法，主要是提供一种通过硬件采样处理和软件控制方式的配合就能在满足设计要求的前提下提供一种用于减小交流供电直流输出电源工频纹波的控制方法。
为了达成上述目的，本发明提供了一种用于减小交流供电直流输出电源工频纹波的控制方法,应用于交流供电直流输出的变换器(AC/DC变换器)中DC/DC变换电压环控制部分，在电压环中加入放大以后的工频纹波值，经过PI控制器，形成对应的PWM波,来控制变换器的开关管，使得输出电压的工频纹波得到抑制；且该电压环控制还包含控制方法：经过两种不同截止频率的低通滤波器，得到时时的输出电压值MX_real和平均值MX_aver，并通过运算MX_real-MX_aver得到输出电压工频纹波值，然后将得到的输出电压工频纹波值乘以K加到基准上。该方法是利用PI控制器对开关管开通关断的控制来减小输出电压的工频纹波值。
较佳的是，该方法是将输出电压工频纹波值乘以一个大于1的参数加到基准上，进而消除环路中的工频变量，减小工频纹波值，且该环路中的K值是经过调试得到的。
本发明还提供了一种用于减小交流供电直流输出电源工频纹波的控制结构，应用于交流供电直流输出变换器(AC/DC变换器)中的DC/DC变换电压环控制部分，且该DC/DC变换器包含一个改进的环路：该修改环路包含两种不同截止频率的低通滤波器，可分别得到时时的输出电压值MX_real和平均值MX_aver，并通过运算MX_real-MX_aver得到输出电压纹波值，然后将得到的输出电压纹波值乘以K值放大后加到DC/DC变换器的输出电压环中。
本发明有益效果在于，借助上述技术方案，该方法是利用PI控制器对开关管开通关断的控制来减小输出电压的工频纹波值。实现了通过增加硬件滤波和简单修改软件控制环路来达到减小降低直流变换器输出纹波的目的。
附图说明
图1输入为单相交流电，通过有源PFC整流和隔离DC/DC变换的交直流变换器
图2输入为三相电，通过无源PFC整流和隔离DC/DC变换的交直流变换器
图3为DC/DC变换器输出电压时时采样值和工频采样值的硬件采样电路；
图4传统的DC/DC变换器输出电压控制环路示意图；
图5本发明的一种用于减小交流供电直流输出电源工频纹波的控制方法的改进环路控制示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案做进一步具体的说明。
以下实施例用于说明本发明的技术手段及其效果和优越性，但不用来限制本发明的范围。
参见图1，输入为单相交流电，通过单相整流桥和Boost电路得到稳定的输出直流电压，该电压工频纹波值在20V左右(跟输出电容C1的大小有关，C1越大Boost的输出电压纹波越小，但是由于体积限制不可能加很大的电解电容)，在后面连接的是DC/DC变换部分，应用传统的电压环控制得到稳定的输出电压，给负载或者电池供电。
参见图2，输入为三相交流电，通过三相整流桥无源PFC电路得到稳定的输出直流电压，该电压工频纹波值在40V左右(跟输出电容C1的大小有关，C1越大Boost的输出电压纹波越小，但是由于体积限制不可能加很大的电解电容，而且因为是工频抖动的电压，由于电压抖动频率很低，加电解电容效果不显著)，在后面连接的是DC/DC变换部分，应用传统的电压环控制得到稳定的输出电压，给负载或者电池供电。
参见图3，为DC/DC变换器输出电压采样的原理图。由该图显示可知道，DC/DC变换器中的运放的1脚输出为该直流变换器的时时电压值，其通过低通滤波器(R11、C3截止频率160KHz)滤波以后，被送到DSP控制芯片的AD采样口(SGND)，由于低通滤波器的截止频率160KHz远远大于工频整流频率(单相整流为100Hz，三相整流为300Hz)，所以DSP控制芯片的AD口能采集到该直流变换器的时时输出电压值。同时运放的1脚通过低通滤波器(R12、R13、C4、C5截止频率0.3Hz)滤波以后，送到DSP控制芯片的AD采样口(SGND)，由于0.3Hz远远小于市电的整流频率，所以经过0.3Hz的低通滤波器以后，送到DSP控制芯片AD口的采样值为一个稳定的直流电压，称之为平均值。
通常DC/DC变换器的单电压环控制环路如图4所示，其是将基准值(Uo_ref)减去采样值(Uo)得到误差值，误差值经过PI控制器后，形成对应的PWM波控制变换器的开关管，使得输出电压得到控制。
本发明的一种用于减小交流供电直流输出电源工频纹波的控制方法及结构，其是通过对现有的硬件采样电路进行了修改，经过两种不同截止频率的低通滤波器，可得到图3中时时的输出电压值MX_real和平均值MX_aver。而通过运算MX_real-MX_aver就可以得到输出电压纹波值，然后将得到的输出电压纹波值放大后加到电压环中。本发明改进后的控制图是如图5所示，将通过硬件采样得到的输出电压工频纹波值放大以后，加到DC/DC变换器的输出电压环中，利用PI控制器对开关管开通关断的控制来减小输出电压的工频纹波值。
如图5所示的修改环路，是将其波动乘以一个大于1的参数加到基准上，进而消除环路中的工频变量，减小工频纹波值。且该环路中的K值是经过调试得到。
经多次多方面的实验验证，此方式符合工程设计的要求，可适用于所有交流供电直流输出的变换器(AC/DC变换器)领域。
综上，本发明可应用于输入为单相交流电的交直流变换器，是通过有源PFC整流和隔离DC/DC变换的交直流变换器中的DC/DC变换部分，见图1；2、输入为三相电，通过无源PFC整流和隔离DC/DC变换的交直流变换器中的DC/DC变换部分，见图2。本发明的一种用于减小交流供电直流输出电源工频纹波的控制方法及结构，是应用于交直流变换器(AC/DC变换器)中DC/DC变换电压环控制部分，通过硬件采样得到DC/DC变换器输出电压的平均值MX_aver和输出电压的时时值MX_real，两个采样值相减得到时时的工频纹波值(MX_real-MX_aver)，并通过修改传统的电压环控制方式，电压环中放大工频纹波值的当量，加到基准上，经过PI控制器，来抑制输出工频纹波。其通过增加硬件滤波和修改软件控制环路达到减小降低交直流变换器输出工频纹波的目的。使得交直流变换器输出电压的工频纹波满足了纹波峰峰值1％的要求。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种用于减小交流供电直流输出电源工频纹波的控制方法,应用于交直流变换器中的DC/DC变换电压环控制部分，其特征在于，其是通过硬件采样得到输出电压的平均值MX_aver和输出电压的时时值MX_real，两个采样值相减得到时时的工频纹波值MX_real-MX_aver，将工频纹波值乘以K值放大后，加到电压环中，利用PI控制器，对输出电压纹波进行抑制，使得输出电压纹波降低；该控制方式包含一种采样方法：经过两种不同截止频率的低通滤波器，得到时时的输出电压值MX_real和平均值MX_aver，并通过运算MX_real-MX_aver得到输出电压工频纹波值，然后将得到的输出电压工频纹波值加到电压环中。
2.根据权利要求1所述的一种用于减小交流供电直流输出电源工频纹波的控制方法，其特征在于，该方法是利用PI控制器对开关管开通关断的控制来减小输出电压的工频纹波值。
3.根据权利要求1所述的一种用于减小交流供电直流输出电源工频纹波的控制方法，其特征在于，该方法是将输出电压纹波值乘以一个大于1的参数加到基准上，进而消除环路中的工频变量，减小工频纹波值，且该环路中的K值是经过调试得到的。
4.一种用于减小交流供电直流输出电源工频纹波的控制结构，应用于交流供电直流输出的变换器中DC/DC变换电压环控制部分，其特征在于，该DC/DC变换器包含一个改进的环路：该修改环路包含两种不同截止频率的低通滤波器，可分别得到时时的输出电压值MX_real和平均值MX_aver，并通过运算MX_real-MX_aver得到输出电压纹波值，然后将得到的输出电压纹波值乘以K值放大后加到DC/DC变换器的输出电压环中。
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