CN115189552B - 一种基于电流前馈的二倍工频波动抑制方法 - Google Patents

一种基于电流前馈的二倍工频波动抑制方法

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Abstract

本发明涉及一种基于电流前馈的二倍工频波动抑制方法，所述方法应用于DC‑DC变换器，包括以下步骤：S1：采集单相不控整流桥后级DC‑DC变换器的输出电压Vo和电感电流IL；S2：基于所述输出电压Vo和所述电感电流IL分别计算出第一PI输出值和前馈值，将所述第一PI输出值和所述前馈值的差值作为第二PI输出值；S3：根据所述第二PI输出值计算出开关管的占空比，以抑制二倍工频波动。本发明提高了DC‑DC变换器的输入瞬态响应速度和增强其抗干扰能力；降低了控制环路PI设计的难度，较大程度上减小了单相不控整流存在的二倍工频波动对后级DC‑DC变换器的影响；无需增加任何外设，适用性强，控制简单。

Description

一种基于电流前馈的二倍工频波动抑制方法
技术领域
本发明属于电力电子应用技术领域，尤其涉及一种基于电流前馈的二倍工频波动抑制方法。
背景技术
随着科学技术的迅速发展，电子产品的更新换代速度变得越来越快。电子产品大都通过直流电源供电，其快速发展也对直流电源也提出了更苛刻的要求。电子产品的直流电压通常由市电经过不控整流桥再经DC-DC变换器得到，对于任何带负载的应用，不管是移动电话、平板电脑、可穿戴设备或者是汽车电子，没有稳定的供电，都不能正常地工作。
在实际工程应用中，DC-DC变换器的前端输入通常由市电经过不控整流桥得到，单相不控整流往往会导致后级DC-DC变换器的输入电压产生关于电网电压基波的二倍频波动。传统PI控制方法工作在这种条件下，由于其本身瞬态响应速度慢，输出电流容易受这种波动的影响，导致其输出电流容易出现震荡或现象，这大大降低了输出电流或电压的质量，也大大降低了器件的使用寿命。
因此，有必要提供一种新的基于电流前馈的二倍工频波动抑制方法解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于电流前馈的二倍工频波动抑制方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种基于电流前馈的二倍工频波动抑制方法，所述方法应用于DC-DC变换器，包括以下步骤：
S1：采集单相不控整流桥后级DC-DC变换器的输出电压Vo和电感电流IL；
S2：基于所述输出电压Vo和所述电感电流IL分别计算出第一PI输出值和前馈值，将所述第一PI输出值和所述前馈值的差值作为第二PI输出值；
S3：根据所述第二PI输出值计算出开关管的占空比，以抑制二倍工频波动。
作为本发明的进一步优化方案，所述步骤S2中，基于所述输出电压Vo和所述电感电流IL分别计算出第一PI输出值和前馈值，将所述第一PI输出值和所述前馈值的差值作为第二PI输出值的步骤具体为：
第一PI输出值的计算公式如下：
VPI＝KP(VREF-Vo)+KI∑(VREF-Vo)；
式中，VREF为参考电压，KP为比例系数，KI为积分系数；
前馈值的计算公式如下：
式中，K为前馈系数；
第二PI输出值的计算公式如下：
作为本发明的进一步优化方案，所述参考电压VREF＝500V，比例系数KP＝94，积分系数KI＝0.005，前馈系数K＝2。
作为本发明的进一步优化方案，所述步骤S3中，根据所述第二PI输出值计算出开关管的占空比的计算公式如下：
D＝KdV′PI；
式中，Kd为PI输出值与占空比的转换系数。
作为本发明的进一步优化方案，所述转换系数Kd＝0.00005。
本发明的有益效果在于：
1、本发明提高了DC-DC变换器的输入瞬态响应速度和增强其抗干扰能力；
2、本发明降低了控制环路PI设计的难度，较大程度上减小了单相不控整流存在的二倍工频波动对后级DC-DC变换器的影响；
3、本发明无需增加任何外设，适用性强，控制简单，易于实现。
附图说明
图1是本发明提出的控制方法的流程图；
图2是本实施例Boost变换器的完整主电路图；
图3是Boost变换器的输入波形图；
图4是传统PI控制方法，PI参数偏小时的输出电压波形；
图5是传统PI控制方法，PI参数偏小时的电感电流波形；
图6是传统PI控制方法，PI参数偏大时的输出电压波形；
图7是传统PI控制方法，PI参数偏大时的电感电流波形；
图8是电流前馈PI控制方法的输出电压波形；
图9是电流前馈PI控制方法的电感电流波形。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
由于DC-DC变换器有多种拓扑，本实施案例以Boost变换器为例。
如图1-9所示，一种适用于Boost变换器基于电流前馈的二倍工频波动抑制方法，包括以下步骤：
表1本发明实施案例中Boost变换器的参数
S1：采集Boost变换器的输出电压和电感电流，其中输出电压的采样值为Vo，电感电流的采样值为IL。
S2：根据输出电压的采样值计算第一PI输出值，第一PI输出值的计算公式为：
VPI＝KP(VREF-Vo)+KI∑(VREF-Vo)；
本实例中，VREF＝500V，KP＝94，KI＝0.005。
S3：根据电感电流的采样值计算前馈电流值大小，其计算公式为：
本实例中，K＝2。
S4：将PI输出减去前馈电流得到第二PI输出值，则可得：
S5：根据第二PI输出值计算出开关管的占空比，占空比的计算方法为：
D＝KdV′PI；
本实例中，Kd＝0.00005。
图3给出了输入电压的波形图。图4和图5分别给出了PI参数偏小时，传统PI控制方法的输出电压和电感电流波形。图6和图7分别给出了PI参数偏大时，传统PI控制方法的输出电压和电感电流波形。图8和图9分别给出了基于电流前馈PI控制方法的输出电压和电感电流波形。从图3中可知，输入电压存在二倍工频波动。由图4-7可知，输入电压出现二倍工频波动时，当PI参数偏小时，系统响应速度慢，电感电流出现了断续；当PI参数偏大时，系统响应速度过快，电感电流出现了高频震荡。对比图4-7和图8-9可知，本发明的控制方法，在保证系统快速响应的同时，有效地抑制二倍工频纹波带来的电感电流断续和震荡问题。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于电流前馈的二倍工频波动抑制方法，所述方法应用于DC-DC变换器，其特征在于，包括以下步骤：
S1：采集单相不控整流桥后级DC-DC变换器的输出电压V o 和电感电流I L ；
S2：基于所述输出电压V o 和所述电感电流I L 分别计算出第一PI输出值和前馈值，将所述第一PI输出值和所述前馈值的差值作为第二PI输出值；
S3：根据所述第二PI输出值计算出开关管的占空比，以抑制二倍工频波动；
所述步骤S2中，基于所述输出电压V o 和所述电感电流I L 分别计算出第一PI输出值和前馈值，将所述第一PI输出值和所述前馈值的差值作为第二PI输出值的步骤具体为：
第一PI输出值的计算公式如下：；
式中，V REF 为参考电压，K P 为比例系数，K I 为积分系数；
前馈值的计算公式如下：；
式中，K为前馈系数；
第二PI输出值的计算公式如下：；
所述步骤S3中，根据所述第二PI输出值计算出开关管的占空比的计算公式如下：；
式中，Kd为PI输出值与占空比的转换系数。
2.根据权利要求1所述的一种基于电流前馈的二倍工频波动抑制方法，其特征在于：所述参考电压V REF =500V，比例系数K P =94，积分系数K I =0.005，前馈系数K=2。
3.根据权利要求1所述的一种基于电流前馈的二倍工频波动抑制方法，其特征在于：所述转换系数K d =0.00005。
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两级式单相逆变输入端纹波电流双反馈抑制;刘斌 等;《电工技术学报》;20130826;正文第188页左栏第1段-第192页左栏最后1段 *

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