CN1301080A - 一种用于抑制大功率直流电源纹波的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于抑制大功率直流电源纹波的方法及装置,它包括一相控整流器,其输出端与无源滤波器的输入端相连,直流有源滤波器与负载并联联接,并且与无源滤波器输出端并联连接,从直流有源滤波器输入的信号Uab通过检测电路输入到低通滤波器和减法器将纹波电压从直流中分离出来,经比例放大器放大,经跟踪控制电路产生PWM信号,使逆变器放大产生相应的纹波电流信号,结果使直流回路中的纹波电流分流,达到抑制直流回路纹波电流或电压的目的。

Description

一种用于抑制大功率直流电源纹波的方法及装置
本发明属于电工技术领域，更进一步涉及一种用于抑制大功率直流电源纹波的方法及装置。
在高能物理研究中的质子同步加速器、核磁共振装置中的磁体以及超导电工技术的研究中，通常需要用大电流的稳流电源对磁体供给励磁电流，这些应用中都对磁场的稳定度提出要求。要保证磁场的长期稳定，就是要保证稳定电源的输出电流具有很高的稳定度和极低的纹波。核物理研究的重粒子加速器系统中的快速脉冲电源，其电流必须精确地跟随由计算机给出的电流脉冲模式。这些应用不仅要求极低的电流纹波而且需要快速的响应。
目前，直流稳定电源和脉冲电源的功率越来越大，从几百千瓦到上万千瓦，相控整流电源仍然是大功率稳定电源(如磁铁负载)应用的优先选择。为了满足严格的输出纹波要求，通常采用无源滤波器和由串联线性调整电路构成的有源滤波器消除相控整流电源的输出纹波。无源滤波器体积庞大，而且较大的无源滤波器将使系统的动态性能和过渡过程中的跟踪精度恶化。串联线性调整型有源滤波器与负载串联连接，可以达到高稳定、低纹波、低噪声等较高的质量指标要求，但串联调整管(大功率晶体管)的电流容量和线性放大倍数均有限，串联调整管往往由数百个大功率晶体管组成，管压降造成的损耗较大。对于大功率稳定电源，降低损耗问题是一个不可忽视的问题。
本发明的目的提出了一种采用PWM(脉冲宽度调制)技术控制的并联联接的直流有源滤波器与无源滤波器构成混合型滤波器的结构，采用检测纹波电压的控制方法，使大功率直流稳定电源或脉冲电源的电流纹波达到10ppm(10-5)以下，同时也提高了直流稳定电源的稳定度。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：它包括一相控整流器，相控整流器的输出端与串联有电感Ls和并联有电容Cr、电容Cd、电阻Rd的无源滤波器的输入端相连，串联有电感LA和电压单相桥式PWM型逆变器5及有源滤波器控制电路6的直流有源滤波器与串联有电感LL和电阻Rd的负载并联联接，并且与无源滤波器输出端并联连接。
有源滤波器控制电路包括一检测电路，检测电路分别接在低通滤波器的输入端和减法器的负输入端，低通滤波器的输出端接减法器的正输入端，减法器的输出端接比例放大器的输入端，比例放大器的输出端接PWM跟踪控制器的输入端，PWM跟踪控制器的输出端接到电压型逆变器的输入端，在PWM跟踪控制器中接有保护器。
并联有源滤波器检测抑制直流电源纹波电压的方法是：首先用检测器检测有源滤波器的a、b两端电压Uab，然后输入到低通滤波器，经低通滤波器和减法器将纹波电压从直流中分离出来，其次，将纹波电压用比例放大器放大，作为指令信号，再次，将指令信号经跟踪控制器产生PWM信号，使逆变器放大产生相应的纹波电流信号即可。
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明的并联有源滤波器控制电路方框图。
参见图1，本发明包括：相控整流器1，由电感Ls、电容Cr、电容Cd、电阻Rd组成的无源滤波器2，由电感LA电压单相桥式PWM型逆变器5及有源滤波器控制电路6组成的直流有源滤波器3，由电感LL和电阻Rd组成的负载4。它们的连接关系是：相控整流器1的输出端与无源滤波器2的输入端相连，直流有源滤波器3与负载4并联联接，并且与无源滤波器2输出端(即图1中a、b两端)并联连接。其工作原理是：相控整流器1的输出纹波首先经过无源滤波器2滤波得到衰减，再经过有源滤波器3使负载端纹波得到进一步得到抑制和衰减，满足负载4低纹波的要求。
参见图2，有源滤波器控制电路6由含有传感器的检测器7、低通滤波器8、减法器9、比例放大器10、PWM跟踪控制器11、保护器12组成，它们之间的连接关系是：有源滤波器控制电路6的输入端通过检测电路7分别接在低通滤波器8的输入端和减法器9的负输入端，低通滤波器8的输出端接减法器9的正输入端，减法器9的输出端接比例放大器10的输入端，比例放大器10的输出端接PWM跟踪控制器11的输入端，PWM跟踪控制器11的输出端接到电压型逆变器5的输入端，在PWM跟踪控制器11中接有保护器12；其检测抑制直流电源纹波电压的方法是：首先用检测器7检测有源滤波器3的a、b两端电压Uab(内含直流和纹波成分)，然后输入到低通滤波器8，经低通滤波器8和减法器9将纹波电压从直流中分离出来，其次，将纹波电压用比例放大器10放大，作为指令信号，再次，将指令信号经跟踪控制电路11产生PWM信号，使逆变器5放大产生相应的纹波电流信号即可。通过以上方法，使直流回路中的纹波电流分流，达到抑制直流回路纹波电流或电压的目的。
本发明提出的一种并联联接的直流有源滤波器与无源滤波器构成混合型滤波器结构，并且采用检测纹波电压的控制方法，利用PWM技术，在装置成本非常低的情况下，可以非常容易地获得很好的滤波效果，使大功率直流稳定电源的电流纹波达到10ppm以下，同时也提高了直流稳定电源的稳定度。特别是发明了采用检测纹波电压的控制方法，该方法的显著优点是：对传感器和电路元件精度要求不高的情况下，很容易实现直流稳定电源的低纹波要求。该方法容易实现，装置损耗小，效率高，工作稳定、可靠，在高能物理、超导研究方面所需的大功率直流稳流电源和脉冲电源中具有广阔的应用前景。

Claims (3)

1、一种用于抑制大功率直流电源纹波的装置，它包括一相控整流器(1)，其特征在于，相控整流器(1)的输出端与串联有电感Ls和并联有电容Cr、Cd、电阻Rd的无源滤波器(2)的输入端相连，串联有电感LA和电压单相桥式PWM型逆变器5及控制电路6的并联型直流有源滤波器(3)与串联有电感LL和电阻Rd的负载(4)并联联接，并且与无源滤波器输出端(2)并联连接。
2、根据权利要求1所述的用于抑制大功率直流电源纹波的装置，其特征在于，有源滤波器控制电路(6)包括一检测电路(7)，检测电路(7)分别接在低通滤波器(8)的输入端和减法器(9)的负输入端，低通滤波器(8)的输出端接减法器(9)的正输入端，减法器(9)的输出端接比例放大器(10)的输入端，比例放大器(10)的输出端接PWM跟踪控制电路(11)的输入端，PWM跟踪控制电路(11)的输出端接到电压型逆变器(5)的输入端，在PWM跟踪控制电路(11)中接有保护电路(12)。
3、根据权利要求1,2所述的抑制大功率直流电源纹波的方法，其特征在于，首先用检测器7检测有源滤波器3的a、b两端电压Uab，然后输入到低通滤波器8，经低通滤波器8和减法器9将纹波电压从直流中分离出来，其次，将纹波电压用比例放大器10放大，作为指令信号，再次，将指令信号经跟踪控制电路11产生PWM信号，使逆变器5放大产生相应的纹波电流信号即可。
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