CN113381594B - 一种提升级联功率器稳定性的电流纹波前馈控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及功率转换器技术领域，涉及一种提升级联功率器稳定性的电流纹波前馈控制系统，包括源变换器、负载变换器、源变换器控制器和负载变换器控制器，源变换器分别与源变换器控制器和负载变换器电性连接，负载变换器分别与源变换器控制器和负载变换器控制器电性连接；源变换器和负载变换器包括输入装置、开关装置、滤波装置和输出装置；源变换器控制器和负载变换器控制器包括与驱动电路、RS触发器、时钟、比较器、误差放大器、基准电压、加法器、电容电流采样装置、电压检测装置和电流采样装置。本发明为了消除级联功率系统中负载变换器前馈电流纹波对源变换器的影响，提升级联功率系统的稳定性。

Description

一种提升级联功率器稳定性的电流纹波前馈控制系统
技术领域
本发明涉及功率转换器技术领域，尤其涉及一种提升级联功率器稳定性的电流纹波前馈控制系统。
背景技术
级联功率系统因其高效率、高功率密度和高可靠性的特点，已广泛应用在电动汽车、工业控制、通讯等领域；在级联功率系统中，源变换器的输出作为负载变换器输入；这样，负载变换器的输入电压由源变换器的输出电压决定，源变换器的输出电流由负载变换器的输入电流决定；同时，负载变换器的输入电流纹波前馈至源变换器的输出电容，导致源变换器输出电容电流纹波和输出电压纹波发生显著变化；负载变换器前馈的电流纹波将影响源变换器的工作性能和稳定性。
电容电流控制技术采样开关变换器的输出电容电流信号作为脉冲宽度调制信号，调节开关变换器的输出电压；电容电流控制具有负载瞬态响应速度快和补偿环路简单等优点，已得到了广泛的关注和使用。然而，在级联功率系统中，负载变换器前馈的电流纹波将影响电容电流控制源变换器的稳定性，导致其存在不稳定现象，从而缩小了级联功率系统的稳定工作范围。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：将负载变换器的前馈的电流引入源变换器电路中，从而消除级联功率系统中负载变换器前馈电流纹波对源变换器的影响，提升级联功率系统的稳定性。
本发明所采用的技术方案：一种提升级联功率器稳定性的电流纹波前馈控制系统，包括：源变换器、负载变换器、源变换器控制器和负载变换器控制器，源变换器分别与源变换器控制器和负载变换器电性连接，负载变换器分别与源变换器控制器和负载变换器控制器电性连接；
源变换器包括与输入装置1依次连接的开关装置2、滤波装置3和输出装置 4；
负载变换器包括与输入装置5依次连接的开关装置6、滤波装置7和输出装置8；
源变换器控制器包括电容电流采样装置9、电压检测装置10、电流采样装置11、加法器12、比较器13、误差放大器14、基准电压15、时钟16、RS触发器17和驱动电路18；
电容电流采样装置9的输入端和输出端分别与滤波装置3的输出端和加法器12的输入端连接；
电压检测装置10的输入端和输出端分别与输出装置4的输出端和误差放大器14输入端连接；
电流采样装置11的输入端和输出端分别与输入装置5的输出端和加法器12 的输入端连接；
误差放大器14的输入端和输出端分别与基准电压15的输出端和比较器13 的输入端连接；
比较器13的输入端和输出端分别与加法器13的输出端和RS触发器17的输入端连接；
RS触发器17的输入端和输出端分别与时钟16的输出端和驱动电路18的输入端连接；
负载变换器控制器包括电压检测装置19、误差放大器20、基准电压21、电流采样装置22、比较器23、时钟24、RS触发器25和驱动电路26；
电压检测装置19的输入端和输出端分别与输出装置8的输出端和误差放大器20输入端连接；
电流采样装置22的输入端和输出端分别与滤波装置7的输出端和比较器23 的输入端连接；
误差放大器20的输入端和输出端分别与基准电压21的输出端和比较器23 的输入端连接；
RS触发器25的输入端与比较器23的输出端和时钟24的输出端连接；
驱动电路26的输入端和输出端分别与RS触发器25的输出端和开关装置6 的输入端连接；
采样负载变换器的输入装置5的电流采样装置11的输出前向反馈电流信号和源变换器的滤波装置3的电容电流采样装置9的电容电流信号，通过加法器 12生成脉冲宽度调制信号；源变换器的输出装置4的电压检测装置10的输出电压信号与基准电压15经过误差放大器14产生源变换器的电压控制信号；脉冲宽度调制信号与电压控制信号通过比较器13进行比较，比较后的输出信号作为 RS触发器17的一路输入信号；时钟16的时钟信号作为RS触发器17的另一路输入信号，RS触发器17的输出信号通过驱动电路18控制源变换器的开关装置 2的功率开关管，调节源变换器的输出电压。
进一步的，电容电流采样装置9和电流采样装置11采用运算放大器型号为LM7171。
进一步的，加法器12采用运算放大器型号为AD711。
本发明的有益效果是：
1、本发明有效地消除了源变换器因负载变换器电流纹波前馈而存在的不稳定现象，提升了级联功率系统的稳定性。
附图说明
图1是本发明的控制系统实现装置结构框图；
图2是本发明电路结构示意图；
图3是级联功率系统中源变换器未引入负载变换器的前馈电流时的时域仿真波形图，其中，(a)输出电压、(b)电感电流、(c)源变换器的控制脉冲信号和(d)负载变换器的控制脉冲信号的；
图4是本发明实施例对应时域仿真波形图，其中，(a)输出电压、(b) 电感电流、(c)源变换器的控制脉冲信号和(d)负载变换器的控制脉冲信号的。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，本发明提出一种提升级联功率器稳定性的电流纹波前馈控制系统，短虚线框包括源变换器和负载变换器；源变换器包括：输入装置1，开关装置2，滤波装置3，输出装置4；负载变换器包括：输入装置5，开关装置6，滤波装置7，输出装置8；输入装置1连接到开关装置2，经过开关装置2后传输到滤波装置3，经过滤波装置3后进入输出装置4，再由输出装置4经过输入装置5，输入装置5连接到开关装置6，经过开关装置6后传输到滤波装置7，经过滤波装置7后进入输出装置8。长虚线框内包括：源变换器控制器和负载变换器控制器，包括：电容电流采样装置9，电压检测装置10，电流采样装置11，加法器12，比较器13，误差放大器14，基准电压15，时钟16，RS触发器17，驱动电路18，电压检测装置19，误差放大器20，基准电压21，电流采样装置 22，比较器23，时钟24，RS触发器25，驱动电路26；输出装置4上的电压检测装置10和基准电压15分别连接误差放大器14的两个输入端；连接在滤波装置3的电容电流采样装置9和连接在输入装置5上的电流采样装置11分别连接在加法器12的两端；加法器12和误差放大器14连接在比较器13上；比较器 13连接在RS触发器17上的一个输入端；同时，时钟16连接在RS触发器17 的另一端；RS触发器17的输出端连接驱动电路18，驱动电路18用于控制开关装置2的导通和关断。输出装置8连接在电压检测装置19上，电压检测装置19 和基准电压21连接在误差放大器20上；电流采样装置22连接在滤波装置7上；误差放大器20和电感电流采样装置22连接在比较器23上；比较器23连接在 RS触发器25的一个输入端，同时，时钟24连接在RS触发器25的另一个输入端；RS触发器25的输出端连接在驱动电路26，驱动电路26用于控制开关装置 6的导通和关断；其中点虚线为本发明创新结构，通过电流采样装置11和加法器12将负载变换器电流纹波前馈到源变换器中，提升级联功率系统的稳定性。
图2给出了本发明电路结构示意图，相较传统的控制技术，本发明在传统的脉冲宽度调制信号基础上引入负载变换器的输入电流纹波信号，从而消除了负载变换器电路中的前馈电流纹波对源变换器电路稳定性的影响，虚线框部分就是提高级联变换器稳定性的控制电路；输入装置1是用于提供输入电压的装置，输入电压Vin的范围为12V-48V，可以采用锂电池或蓄电池等；开关装置2 和开关装置6可以采用场效应管、三极管等，本实施例中采用开关管S1作为开关装置2，开关管S2作为开关装置6，优选型号IRF540；滤波装置3和滤波装置7可以采用电感和电容组成的低通滤波器或单独电感组成的滤波器，本实施例中采用电感和电容组成的低通滤波器作为滤波装置3(电感L1和电容C1)和滤波装置7(电感L2和电容C2)；输出装置8可采用功率电阻、超级电容、微处理器或LED等，本实施例中采用功率电阻R作为输出装置8，功率电阻R的范围为0.4Ω-5Ω；电流采样装置可以采用运算放大器(或霍尔电流传感器)搭建的差分放大电路进行电流采样，电流采样装置包括：电容电流采样装置9、电流采样装置11和电流采样装置22，图2中用圆圈表示，本实施例差分放大电路中的运算放大器采用芯片LM7171；基准电压15和基准电压21由辅助电源提供(或稳压芯片)提供，本实施例中采用稳压芯片提供基准电压15和基准电压21，优选型号78L05；采用运算放大器搭建加法器12，本实施例加法器12的运算放大器采用芯片AD711；比较器13和23采用芯片LM319；时钟16和24采用信号发生器产生时钟信号；RS触发器17和25采用4路2输入或非门搭建，优选型号74HC02；本实施例中采用驱动电路18和26采用集成驱动芯片，优选型号IR2125；误差放大器14和20用于提供电压控制信号，提高稳态性能和瞬态性能，采用运算放大器、电容Ca1、Ca2、电阻Ra1、电阻Ra2搭建的PI补偿器作为电压外环误差放大器14和20。
仿真结果分析：
图3为级联功率系统中未引入负载变换器的前馈电流时的时域仿真波形图， (a)输出电压、(b)电感电流、(c)源变换器的控制脉冲信号和(d)负载变换器的控制脉冲信号；即图1中不包括电流采样装置11和加法器12，电容电流采样装置9直连比较器13；仿真电路参数：输入电压Vin＝12V；源变换器基准电压Vref1＝3V、负载变换器基准电压Vref2＝1V；电感L1＝L2＝100μH、电容 C1＝C2＝200μF；电容等效串联电阻Re1＝20mΩ；PID补偿器的电压外环反馈增益g＝4、时间常数τ＝2×10-4s；电容等效串联电阻Re2＝10mΩ、负载R＝0.4Ω、时钟信号clk1＝clk2＝10μs；横轴均为时间t(ms)，纵轴为电压(V)或电流(A)，其中；图3和图4中的a,b,c,d分别表示为电压检测装置10的输出电压、电容电流采样装置9的电感电流、驱动电路18输出的控制脉冲信号和驱动电路输出26 的控制脉冲信号；从图3可以看出，在该组仿真电路参数下，源变换器处于不稳定工作状态。
图4为引入负载变换器的前馈电流时级联功率系统时输出电压、电感电流、控制脉冲信号和负载变换器的控制脉冲信号的时域仿真波形图，仿真电路参数与图3相同，通过图3和图4的对比来说明本发明的有效效果；从图4可以看出，在相同电路参数下，本发明控制源变换器处于稳定工作状态，证明了本发明方法的可行性，即本发明有效消除负载变换器前馈电流纹波对源变换器的影响，提升了级联功率变换器的稳定性。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (3)

1.一种提升级联功率器稳定性的电流纹波前馈控制系统，其特征在于：包括源变换器、负载变换器、源变换器控制器和负载变换器控制器，所述源变换器分别与所述源变换器控制器和所述负载变换器电性连接，所述负载变换器分别与所述源变换器控制器和所述负载变换器控制器电性连接；
所述源变换器包括与输入装置1依次连接的开关装置2、滤波装置3和输出装置4；
所述负载变换器包括与输入装置5依次连接的开关装置6、滤波装置7和输出装置8；
所述源变换器控制器包括驱动电路18、RS触发器17、时钟16、比较器13、误差放大器14、基准电压15、加法器12、电容电流采样装置9、电压检测装置10和电流采样装置11；RS触发器17与驱动电路18连接；
所述开关装置2与所述驱动电路18连接；所述滤波装置3与所述电容电流采样装置9连接；所述输出装置4与所述电压检测装置10连接；所述输入装置5与所述电流采样装置11连接；
所述负载变换器控制器包括驱动电路26、RS触发器25、时钟24、比较器23、电流采样装置22、基准电压21、误差放大器20和电压检测装置19；RS触发器25与驱动电路26连接；
所述开关装置6与所述驱动电路26连接；所述滤波装置7与所述电流采样装置22连接；所述输出装置8与所述电压检测装置19连接；
所述电流采样装置11输出前向反馈电流信号，所述电容电流采样装置9输出电容电流信号，所述前向反馈电流信号和所述电容电流信号通过所述加法器12生成脉冲宽度调制信号；所述电压检测装置10的输出电压信号与所述基准电压15经过所述误差放大器14产生电压控制信号；所述脉冲宽度调制信号与所述电压控制信号通过所述比较器13进行比较，比较后的输出信号作为所述RS触发器17的一路输入信号；所述时钟16的时钟信号作为所述RS触发器17的另一路输入信号，所述RS触发器17的输出信号通过所述驱动电路18控制源变换器的所述开关装置2的功率开关管，调节源变换器的输出电压。
2.根据权利要求1所述的提升级联功率器稳定性的电流纹波前馈控制系统，其特征在于：所述电容电流采样装置9和所述电流采样装置11采用运算放大器型号为LM7171。
3.根据权利要求1所述的提升级联功率器稳定性的电流纹波前馈控制系统，其特征在于：所述加法器12采用运算放大器型号为AD711。
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CN102916572B (zh) * 2012-06-12 2016-02-03 华中科技大学 抑制二次纹波电流并改善动态特性的控制方法及系统
CN107425710B (zh) * 2017-09-02 2019-07-09 深圳点亮新能源技术有限公司 基于负载电流前馈的pfc电路控制方法及装置
CN109004841B (zh) * 2018-07-20 2023-05-02 福建星云电子股份有限公司 Ac-dc-dc变换器及其双环前馈二次纹波抑制方法
CN110739845B (zh) * 2019-10-28 2021-01-29 常州大学 一种改进变频电流型控制瞬态性能的开关变换器

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Denomination of invention: A current ripple feedforward control system for improving the stability of upgraded power converters

Granted publication date: 20220517

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Record date: 20231227

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