CN1316724C - 电流控制型半桥变换器的分压电容电压偏差前馈控制电路 - Google Patents
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一种电流控制型半桥变换器的分压电容电压偏差前馈控制电路属电力电子功率变换技术。它是在半桥变换器的控制电路中将电容中点偏差电压引入由比例积分调节器组成的电容中点电压偏差前馈电路后产生电流前馈连于电流比较器；将基准电压及反馈电压引入电压比较器后连于电压调节器生成电流给定，再连于电流比较器；电流反馈信号与电流前馈和电流给定信号通过电流比较器后经电流调节器与迟滞比较器(或载波比较器)相连，迟滞比较器(或载波比较器)通过驱动电路去控制变换器主电路。采用上述电容中点电压偏差前馈控制后，半桥变换器中分压电容中点电压的偏移量通过比例积分后作为电感电流的一部分给定，是电感电流值产生一部分直流分量，从而使分压电容电压的安秒值得到平衡，使电容中点电压直流偏差被彻底清除。
Description
技术领域
本发明的电流控制型半桥变换器的分压电容电压偏差前馈控制电路属电力电子功率变换技术。
背景技术
随着电力电子技术的迅速发展，对功率变换器的性能要求也越来越高，目前的功率变换器一般都采用了电流型控制技术。电流型控制技术就是把电压的误差信号作为电流的给定，然后用电流的误差信号作为脉宽调制(PWM)控制器的输入，产生PWM控制信号来控制功率器件的导通与关断，从而实现对功率变换器的高性能控制。电流型控制技术具有输出性能优，系统稳定性好，动态响应快，具有内在限流保护等特点。即由于输出电流最大值受电流给定值的限制，因而具有内在的限流保护等特点。
在功率变换器电路拓扑中，半桥变换器具有结构简单、功率器件少且功率管承受的电压应力小等特点，在中小功率场合应用具有较大优势，但是半桥变换器若采用电流型控制技术则存在一些问题。
在半桥变换电路中，电流控制技术会导致直流分压电容电压的安秒值不平衡，这种不平衡会使分压电容端电压不等，电压中点漂移，导致输出电压和电流波形的畸变，使电路性能恶化，甚至使系统失控。
目前国内外解决上述问题的技术方案有如下几种：
1)DC/DC变换器
国内外解决方案：如附图4所示，在电路中加入一个辅助变压器和两个高压二极管。
工作原理：利用变压器的副边和两个高压二极管实现对分压电容中点电压的调节，从而达到均压目的。
2)AC/DC变换器
国内外解决方案：如附图5所示，在电路中加入第三个功率开关和一组功率二极管。
工作原理：通过控制开关T3而控制流入电容中点的电流i0，从而维持两个电容电压平衡。
3)DC/AC变换器
目前一般采用如附图6所示的电路，其中加入功率分压电阻强制形成中点。
工作原理：通过功率电阻R1、R2，使分压电容中点电压强行保持在二分之一左右的输入电压。
上述电流控制型半桥变换器都是通过在半桥变换器的基础上加入功率元器件，实现电容电压的均压。这些方法增加了变换器的体积重量，成本高，没有体现半桥变换器结构简单，采用元器件少的特点，增加了系统的损耗，降低了效率，而且并不能从根本上保证分压电容电压均衡，实用效果不理想。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能从根本上解决分压电容电压不平衡的问题，消除输出电压和输出电流的畸变现象，提高电路性能，提高电路效率，降低系统损耗。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：在控制电路的电流给定信号中加入反映电容中点电压偏差量的信号，以此来调节电感电流，使其中产生一部分电流用于平衡电容中点偏差电压。
一种电流控制型半桥变换器的分压电容电压偏差前馈控制电路，是在半桥变换器的直流电源正、负输出端连接两个串联的分压电容，其特征在于，两个串联分压电容连接中点的偏差电压输入到比例放大器的输入端，此比例放大器的输出端连于电压调节器所组成的电容中点电压偏差电路，此电压偏差电路的输出连于电流比较器，将基准电压及取自于电流控制型半桥变换器的输出电压的反馈电压均输入放大电路完成基准电压与反馈电压的比较和电压调节后，同样连于电流比较器；此电流比较器的输出连于电流调节器，电流调节器的输出与迟滞比较器或载波交截比较器相连，由迟滞比较器或载波交截比较器通过驱动电路控制主电路中的功率开关管。
采用上述电容中点电压偏差前馈控制后，半桥变换器中分压电容中点电压的偏移量通过比例积分后作为了电感电流的一部分给定，使电感电流值产生了一部分直流分量，从而使分压电容电压的安秒值得到平衡，电容中点电压直流偏差被彻底消除。因此本发明不需要改变功率电路，仅在原控制回路中增加一个电容偏差电压前馈控制电路，简便易行、成本低，而且由于对电容电压偏差进行了闭环控制，可以实现很好的均压效果。
本发明的上述技术解决方案适用于电流控制性半桥DC\AC变换器，DC\DC变换器和AC\DC变换器。
附图说明
图1电流控制型半桥变换器的分压电容电压偏差前馈控制电路框图。
图2电流控制型半桥变换器的分压电容电压偏差前馈控制电路原理图。
图3电流控制型半桥DC/AC变换器分压电容电压和输出电压波形图，其中：
图3(a)不采用电容中点电压偏差前馈技术。
图3(b)为采用电容中点电压偏差前馈电路的分压电容电压和输出电压的波形图。
图4电流控制型半桥DC/DC变换器电路拓扑。
图5电流控制型半桥AC/DC变换器电路拓扑。
图6电流控制型半桥DC/AC变换器电路拓扑。
图1与图2的符号名称：Δu——电容中点偏差电压，K——放大器，PI—比例积分型电压调节器，ur——基准电压，uof——反馈电压，in——电容中点电压偏差前馈电路输出电流，ig——给定电流，if——电感电流的反馈，ie——误差电流，P——比例型电流调节器，Ud——半桥式电路直流端电压，Uo——变换器输出电压。
具体实施方式
由图1与图2可知，本发明是在半桥变换器的原控制电路中将电容中点偏差电压Δu输入由比例放大器K和比例积分(PI)调节电路所组成的电容中点电压偏差前馈电路，电容中点电压偏差前馈电路的输出作为前馈电流in连于电流比较器，将基准电压ur和反馈电压uof比较后的误差信号经过电压调节器作为电流给定信号，同样连于电流比较器，电流反馈信号与电流前馈和电流给定信号通过电流比较器后经电流调节器与迟滞比较器(或载波交截比较器)相连，迟滞比较器(或载波交截比较器)通过驱动电路去控制主电路中的功率开关管。
工作原理是：电容中点偏差Δu经比例积分调节(PI调节)后得到电容中点电压偏差前馈电流in(以下简称前馈电流)；基准电压ur和反馈电压uof经过比较后由电压调节器PI调节后的得到给定电流ig，前馈电流in、给定电流ig与电感电流的反馈信号iLf经电流比较器比较后得到的误差电流ie，经电流调节器(P调节)后输入到原控制电路中的迟滞开关电路(或载波交截电路)产生PWM波输入到驱动电路控制主电路的功率开关管。
图2是本发明的具体实施原理图。由图2可知，将电容中点偏差电压Δu输入到以放大器U1B组成放大电路的电容中点电压偏差前馈电路，即由放大器U1B完成对电压Δu的放大及比例积分调节作用，并得到前馈电流in；基准电压ur与取自于输出电压uo的反馈电压uof均输入到以放大器U1C组成的放大电路，完成基准电压ur与反馈电压uof的比较和调节作用，得到给定电流ig，前馈电流in、给定电流ig与取自于电感电流iL的电感反馈电流iLf三者均输入到由放大器U1A组成的电流调节器，完成电流的比较和调节，然后通过迟滞开关电路U1D。实际上放大器U1A、U1B、U1C和U1D可采用一片放大芯片，如LF347芯片。因此本发明只要在原控制电路中加一些电阻电容器件，就可完成本发明的目的，所以电路简单可行，效果好。图3就是本发明的实际实施效果图。此实际实施效果图是对电流型半桥逆变器制作原理样机(360V直流输入，输出为115V/400Hz)进行实验，得到的在不采用电容中点电压偏差前馈技术和采用电容电压偏差前馈技术的条件下的输出电压和电容中点电压的波形。实验结果证实了电流控制型半桥逆变器分压电容不均压问题及其影响，验证了电流控制型半桥逆变器电容电压前馈控制技术的有效性。其中图3(a)为不采用电容中点电压偏差前馈电路的分压电容电压和输出电压的波形图，很明显，电容电压与电源电压的一半存在较大偏差，电压波形存在畸变现象。图3(b)为采用电容中点电压偏差前馈电路的分压电容电压和输出电压的波形图，电容电压的平均值等于电源电压的一半，消除了电容电压的不均衡问题，从而基本上消除了输出电压的畸变现象。
Claims (1)
1、一种电流控制型半桥变换器的分压电容电压偏差前馈控制电路，是在半桥变换器的直流电源正、负输出端连接两个串联的分压电容，其特征在于，两个串联分压电容连接中点的偏差电压输入到比例放大器的输入端，此比例放大器的输出端连于电压调节器所组成的电容中点电压偏差电路，此电压偏差电路的输出连于电流比较器，将基准电压及取自于电流控制型半桥变换器的输出电压的反馈电压均输入放大电路完成基准电压与反馈电压的比较和电压调节后，同样连于电流比较器；此电流比较器的输出连于电流调节器，电流调节器的输出与迟滞比较器或载波交截比较器相连，由迟滞比较器或载波交截比较器通过驱动电路控制主电路中的功率开关管。
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