CN1728521A - 同步控制谐振型功率变换器 - Google Patents

Abstract

一种同步控制谐振型功率变换器，由谐振式功率变换装置、同步脉冲检测电路、谐振能量补充电路、V/F压控变换电路和开通脉冲检测电路构成，在谐振电感Lr上增加辅助绕组，取出其电压耦合信号，经整流器整流其输出端接或门电路的一输入端，压控振荡器的输出端接或门电路的另一输入端，或门电路的输出端接压控振荡器的外设定时元件构成谐振式功率变换装置的瞬态同步控制环，在谐振型功率变换器具有的低电磁干扰、高效率基础上，增加了瞬态即时控制功能，解决了谐振型功率变换器边界条件下的可靠性问题。

Description

同步控制谐振型功率变换器

                            技术领域

本发明涉及一种谐振式功率变换器，特别是一种同步控制谐振型功率变换器及其技术方案。

                            背景技术

现有的谐振式功率变换器是采用传统的单电压环控制技术，虽然谐振式功率变换器具有高效率、低电磁干扰、线路控制简单的优点，如图1所示，由谐振式功率变换装置1’、误差放大器2’、V/F压控振荡器3’及分相器4’构成谐振型功率变换器，由误差放大器2’的输出端与V/F压控振荡器3’的输入控制端相连，V/F压控振荡器3’的输出端与分相器4’的输入端相连，分相器4’的输出端分别接谐振式功率变换装置1’的两主开关管(K1、K2)控制端，误差放大器2’的两输入端分别接预设的基准电压和谐振式功率变换装置1’的输出端而构成输出电压控制环路，当输出电压V0变化时，误差放大器2’输出放大的误差电压信号调控V/F压控振荡器3’的频率来实现输出电压的稳定，但由于其误差放大器2’的误差电压输入信号为谐振式功率变换装置1’的输出端电压的积分值，故控制系统反应速度很慢，不可能做到对谐振式功率变换装置1’的瞬态即时控制；在该传统的谐振式功率变换器基础上，近年来又出现了谐振电压控制型功率变换器等改良型，理论上分析并不能解决谐振式功率变换器由空载到满负荷、满负荷到空载及母线电压变化的瞬态转换过程中，控制系统对功率变换装置1’的即时同步控制，使谐振式功率变换器主开关功率管(K1、K2)零电压、零电流条件丧失、出现失谐、间歇现象，引发系统可靠性低的问题。

                            发明内容

本发明就是针对现有技术中的谐振型功率变换器在边界条件下工作时，瞬变因素使功率变换装置出现系统失控、可靠性低的问题，提供一种以传统的输出电压控制环来保证输出的稳定性、以增设的瞬态同步控制环来提高系统可靠性的同步控制谐振型功率变换器及其技术方案。

本发明所采取的技术方案是：这种同步控制谐振型功率变换器，它由谐振式功率变换装置1、同步脉冲检测电路2、谐振能量补充电路3、V/F压控变换电路4和开通脉冲检测电路5构成。本发明设计思想及工作原理是：从电压耦合绕组23取出电压耦合信号ULr如图4a，经整流器21整流其输出接或门电路22的一输入端；压控振荡器42的输出波形如图4b，其输出端接或门电路22的另一输入端，或门电路22的输出端接压控振荡器42的外设定时元件；谐振能量补充绕组33经整流器34整流，其输出端通过电子开关K3接母线电压两端；开通脉冲检测电路5输入端接分相器43的两输出端，开通脉冲检测电路5输出端接信号处理器32的复位端；电流耦合器31接带有整流器的信号处理器32的输入端，信号处理器32输出端接电子开关K3的控制端；当瞬态因素使谐振环路能量发生突变时，或门电路22的输出端即时输出控制脉冲如图4c，压控振荡器42的外设定时元件回零、输出下一个半周的控制指令，完成谐振式功率变换装置1的瞬态同步控制；根据谐振式功率变换装置瞬态能量变换的大小，信号处理器32输出端通过调控电子开关K3脉冲宽度完成谐振能量的补充，确保谐振式功率变换装置1始终处于谐振状态；而压控振荡器42输入控制端接误差放大器41的输出端，误差放大器41的一输入端接基准电压Vf，另一端接输出电压V0，压控振荡器42的输出端接分相器43的输入端，分相器43输出端接谐振式功率变换装置1的两主开关管(K1、K2)控制端，当输出电压出现正或负偏差时，通过调控压控振荡器42的输出频率完成输出电压的柔性调节。

上述的功率变换器，其电压耦合绕组23，是在谐振电感Lr上增加的辅助绕组。

上述的功率变换器，其谐振能量补充绕组33，是在谐振式功率变换装置1的主变压器上增加的辅助绕组构成；

上述的功率变换器，其信号处理器32，是由整流器、带有电子开关的积分变换器、比较器构成；

上述的功率变换器，开通脉冲检测电路5是一或门电路。

上述的功率变换器，其谐振式功率变换装置1，可以是全桥、半桥、也可以是推拉结构的谐振式功率变换装置。

本发明的技术方案在传统的单电压环控制技术的基础上，以同步脉冲检测电路2为关键、以谐振能量补充电路3为辅助的手段，有效解决了现有谐振型功率变换器由空载到满负荷、满负荷到空载及母线电压变化的瞬态转换过程中，功率变换装置1’极易进入失控状态的一系列问题，是一种既有理论意义又有实际应用价值的同步控制谐振型功率变换器技术方案；本发明的同步控制谐振型功率变换器在保有现存谐振式功率变换器优点的同时，在可靠性、稳定性方面具有独创性和显著的进步。

附图说明

图1为现有的谐振型功率变换器的电原理图

图2为本发明实施例所提供的同步控制谐振型功率变换器原理框图

图3为本发明实施例所提供的同步控制谐振型功率变换器电原理图

图4为本发明实施例所提供的同步控制谐振型功率变换器的谐振式功率变换装置谐振电感Lr上增加的电压耦合绕组23的谐振电压信号波形图(图4a)和回零脉冲检测电路2输出信号波形图(图4c)，压控振荡器42的输出波形如图(4b)

具体实施方式

参照附图3，本发明实施例所提供的这种同步控制谐振型功率变换器，它由双端控制型结构的谐振式功率变换装置1、同步脉冲检测电路2、谐振能量补充电路3、V/F压控变换电路4、开通脉冲检测电路5构成，从电压耦合绕组23上取出电压耦合信号ULr，经整流器21整流接或门电路22的一输入端，压控振荡器42的输出端接或门电路22的另一输入端，或门电路22的输出端接压控振荡器42的外设定时元件，分相器43输出端分别接谐振式功率变换装置的两主开关管(K1、K2)控制端和开通脉冲检测电路5的两输入端，开通脉冲检测电路5输出端接信号处理器32的复位端；电流耦合器31接带有整流器的信号处理器32的输入端，信号处理器32输出端接电子开关K3的控制端，谐振能量补充绕组33经整流器34整流，其输出端通过电子开关K3接母线电压两端，构成谐振型功率变换装置的瞬态同步控制环；而压控振荡器42输入控制端接误差放大器41的输出端，压控振荡器42的输出端接分相器43的输入端，误差放大器41的一输入端接预设的基准电压Vf，另一输入端接输出电压，构成传统的输出电压控制环。

Claims (7)

1、一种同步控制谐振型功率变换器，具有谐振式功率变换装置(1)、同步脉冲检测电路(2)；其特征在于：它由谐振式功率变换装置(1)、同步脉冲检测电路(2)、谐振能量补充电路(3)、V/F压控变换电路(4)、开通脉冲检测电路(5)构成；同步脉冲检测电路(2)检取并将检取反映谐振式功率变换装置谐振电感Lr上的谐振电压(ULr)提取出来形成同步控制脉冲(Uk)，同步脉冲检测电路(2)的输出端接V/F压控变换电路(4)的外设定时元件；同步脉冲检测电路(2)的两输入端分别接压控振荡器(42)的输出端和整流器(21)的输出端，电压耦合绕组(23)接整流器(21)的输入端；谐振能量补充电路其输出端接母线电压，开通脉冲检测电路(5)的输入端接V/F压控变换电路(4)的两输出端、开通脉冲检测电路(5)的输出端接谐振能量补充电路(3)的复位端，次级电流耦合器输出接谐振能量补充电路(3)的输入端，构成谐振型功率变换装置的瞬态同步控制环；V/F压控变换电路(4)的输出端接谐振式功率变换装置(1)的两组主开关管的控制端，V/F压控变换电路(4)的两输入端分别接预设的基准电压(Vf)和谐振式功率变换装置(1)的输出端构成传统的输出电压控制环。

2、根据权利要求1所述的同步控制谐振型功率变换器，其特征在于：其同步脉冲检测电路(2)是由电压耦合绕组(23)和整流器(21)、或门电路(22)构成的；电压耦合绕组(23)接整流器(21)的输入端，整流器(21)的输出端接或门电路(22)的一输入端，或门电路(22)的另一输入端与压控振荡器(42)的输出端相连。

3、根据权利要求1或2所述的同步控制谐振型功率变换器，其特征在于：电压耦合绕组(23)，是由谐振电感Lr上增加的辅助绕组构成。

4、根据权利要求1所述的同步控制谐振型功率变换器，其特征在于：其谐振能量补充电路(3)是在谐振式功率变换装置谐振回路主变压器上增加谐振能量补充绕组(33)和其后连接的整流器(34)、电子开关(K3)及次级电流耦合器、信号处理器(32)构成。

5、根据权利要求1所述的同步控制谐振型功率变换器，其特征在于：其信号处理器(32)是由整流器、带有电子开关的积分变换器和其后连接的比较器构成；其积分变换器中的电子开关控制端即构成信号处理器(32)的复位端。

6、根据权利要求1所述的同步控制谐振型功率变换器，其特征在于：开通脉冲检测电路(5)是一或门电路。

7、根据权利要求1所述的同步控制谐振型功率变换器，其特征在于：其V/F压控变换电路(4)由压控振荡器(42)、分相器(43)、误差放大器(41)构成的，压控振荡器(42)作脉冲信号源，压控振荡器(42)的外设定时元件即构成V/F压控变换电路(4)的外设定时元件。

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