CN202737746U - 改进型单周期控制全桥变换器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种改进型单周期控制全桥变换器，它是由驱动器、开关管式全桥整流电路模块、降压变压器、全桥整流器、滤波及负载电路模块、窄脉冲发生器、复位积分器、PID调节器、比较器、RS触发器和移相脉冲分配电路模块构成，全桥整流器的二极管电压经复位积分器送入比较器，滤波及负载电路模块的输出电压经PID调节器送入比较器。本实用新型在单周期控制的基础上，增加一个传统输出电压反馈控制环，减小了元件非理想性带来的稳态误差，增大了负载调整范围，加快了过渡过程，大大提高了输出电压的稳态精度，所以此电路既改变了单周期控制方法负载调整性能薄弱的不足，又继承了它对输入扰动抑制能力强的优势。

Description

改进型单周期控制全桥变换器
技术领域
本实用新型涉及一种全桥变换器，具体是一种单周期控制全桥变换器。
背景技术
单周期控制全桥变换器，采用单周控制技术，该技术是一种脉冲状的非线性控制技术，这种技术利用了开关变换器的脉冲特性和非线性特性，实现电压或电流平均值的即时控制，具有响应速度快，鲁棒性好，抗输入扰动能力强等特点。
单周期控制是在20世纪90年代初由Keyue M.Semdley基于Buck电路提出的，它是一种大信号非线性控制方式，其基本思想是：控制功率开关管的导通时间或者关断时间，在每个开关周期内，使功率开关变换器的开关变量平均值在稳态或者暂态严格等于控制参考或者与控制参考成比例。这种控制的最大特点是能在一个开关周期内有效抵制输入侧的扰动。下面以Buck变换器为例来具体阐明单周期控制技术的原理。
为简化分析过程，设电路工作在稳定状态，滤波电感L和滤波电容C足够大，以至于在一个工作周期内，输出电压和电流都可以看作恒定值，且Q为理想开关管，D为理想二极管，开关频率                                                
Figure DEST_PATH_IMAGE001
为固定值。
当电路正常工作时，由触发器组成的控制电路以恒定频率产生开通脉冲，开通功率管Q，二极管D的电压
Figure 2012202799034100002DEST_PATH_IMAGE002
送到积分器(积分器初始状态为零)，当积分器输出电压
Figure DEST_PATH_IMAGE003
达到给定电压时，比较器输出发生翻转，RS触发器发出信号关断开关管Q，与此同时，RS触发器发出复位信号使实时积分器复位至零，为下一周期做好准备，工作波形如图3-2所示。经过以上分析，我们可以得出控制方程如下式：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
                     （3-1）
如果给定信号
Figure 681407DEST_PATH_IMAGE004
为常数，二极管的平均电压
Figure 839855DEST_PATH_IMAGE002
就为常数，从而输出电压
Figure 2012202799034100002DEST_PATH_IMAGE006
就为常数。
在单周期控制中，占空比由下式决定：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
                               （3-2）
可见，占空比d是输入电压和参考电压的非线性函数，因而这种控制方式属非线性控制。由于这种非线性控制的存在，使得处电压平均值在每一开关周期内都与
Figure 742455DEST_PATH_IMAGE004
完全相同，并且与输入电压
Figure 388200DEST_PATH_IMAGE008
大小无关。这样，输出电压
Figure 637916DEST_PATH_IMAGE006
便是参考电压
Figure 688436DEST_PATH_IMAGE004
的线性函数：
Figure 2012202799034100002DEST_PATH_IMAGE009
                          （3-3）
如果这种控制方法能够实现的话，那么的过渡过程将在一个开关周期内完成，因而此种控制方法被定义为单周期控制。
以上讨论的单周期控制技术是基于恒定开关频率下推导出来的。实际上，这种理论适用于任何形式的开关，包括：恒频开关、恒导通时间开关、恒关断时间和变导通、关断时间开关。下面就单周期控制的一般理论进行讨论。
假定功率开关管Q以一定频率
Figure 2012202799034100002DEST_PATH_IMAGE010
工作的开关函数
Figure DEST_PATH_IMAGE011
，即：
Figure 2012202799034100002DEST_PATH_IMAGE012
                          （3-4）
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE013
表示开通时间，
Figure 2012202799034100002DEST_PATH_IMAGE014
表示关断时间，
Figure 318187DEST_PATH_IMAGE013
和
Figure 371593DEST_PATH_IMAGE014
满足
Figure DEST_PATH_IMAGE015
，开关的占空比
Figure DEST_PATH_IMAGE016
，
Figure DEST_PATH_IMAGE017
为开关的输入信号，为输出信号，
Figure 398324DEST_PATH_IMAGE018
、
Figure 944230DEST_PATH_IMAGE011
与
Figure 236672DEST_PATH_IMAGE017
的关系
Figure 156086DEST_PATH_IMAGE018
=
Figure 564251DEST_PATH_IMAGE017
。
假设开关频率
Figure 609567DEST_PATH_IMAGE001
远远高于输入信号
Figure 67093DEST_PATH_IMAGE017
及给定参考信号
Figure DEST_PATH_IMAGE019
的频带，即
Figure 678203DEST_PATH_IMAGE017
和
Figure 828562DEST_PATH_IMAGE019
均可视为缓慢变化信号。对于传统控制而言，占空比由
Figure 157912DEST_PATH_IMAGE019
线性调制而成，调制关系如下式：
Figure 356812DEST_PATH_IMAGE020
=
Figure 822428DEST_PATH_IMAGE019
                               （3-5）
因此存在下式：
Figure DEST_PATH_IMAGE021
          （3-6）
所以，当应用传统的电压反馈控制，开关输出信号
Figure 146618DEST_PATH_IMAGE018
为输出信号
Figure 900947DEST_PATH_IMAGE017
与给定参考信号
Figure 700276DEST_PATH_IMAGE019
的乘积，输入信号
Figure 223661DEST_PATH_IMAGE017
的变化，必然导致输出
Figure 715823DEST_PATH_IMAGE018
的变化。如果采用占空比的非线性调制，其原则是保证在每一开关周期内，开关输出信号的积分值与参考信号
Figure 294888DEST_PATH_IMAGE019
的积分值相同，即：
                      （3-7）
上式的物理意义是在一个周期内，开关输出信号
Figure 676DEST_PATH_IMAGE018
的平均值与参考信号的平均值相同。因此开关输出信号
Figure 127081DEST_PATH_IMAGE018
只需在一个开关周期内便可跟踪给定信号
Figure 268213DEST_PATH_IMAGE019
，即：
Figure DEST_PATH_IMAGE023
                  （3-8）
这种非线性的控制技术称为单周期控制技术。在这种控制思想下，开关输出信号的平均值只与给定信号有关，即，开关输出信号
Figure 905472DEST_PATH_IMAGE018
完全抑制了输入信号的影响，线性地再现了给定信号
Figure 411540DEST_PATH_IMAGE019
。因此，单周期控制，将一个非线性开关变成了一个线性开关，是一种非线性控制技术。
通过上述分析可以看出，对于输入信号
Figure 690075DEST_PATH_IMAGE017
的扰动，开关输出信号平均值的暂态过程在一个
Figure DEST_PATH_IMAGE025
内就可完成；对于负载的扰动，由于输入信号源存在内阻，因而输出信号
Figure 634897DEST_PATH_IMAGE018
的幅值也存在扰动，开关输出信号平均值的暂态过程在一个内也可完成。
所以，单周期控制对输入信号
Figure 992246DEST_PATH_IMAGE017
的扰动、输出信号
Figure 492497DEST_PATH_IMAGE018
处负载的扰动均完全有抑制能力，可以确保信号
Figure 975431DEST_PATH_IMAGE018
平均值的恒定，但如果输出侧
Figure 448001DEST_PATH_IMAGE018
经LC滤波器后，输出信号的平均值将受到扰动。单周期的反馈采样点在LC滤波器之前，对于后级的扰动，相当于开环处理，因此不能有效抑制负载扰动，也就是说，单周期控制技术抗输入侧扰动能力比抗负载的扰动强，其动态性能优于电压型、电流型瞬时值控制技术，但经LC滤波器后，输出电压的稳态精度不及电压型、电流型控制技术。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种不仅能有效抑制输入扰动，而且还能有效抑制负载扰动的改进型单周期控制全桥变换器。
为解决上述技术问题，该技术方案如下：
改进型单周期控制全桥变换器，它是由驱动器、开关管式全桥整流电路模块、降压变压器、全桥整流器、滤波及负载电路模块、窄脉冲发生器、复位积分器、PID调节器、比较器、RS触发器和移相脉冲分配电路模块构成，所述开关管式全桥整流电路模块、降压变压器、全桥整流器、滤波及负载电路模块依次电连接，全桥整流器的二极管电压经复位积分器送入比较器，滤波及负载电路模块的输出电压经PID调节器送入比较器，作为比较器的单周期控制的参考值，比较器将比较结果送入RS触发器，RS触发器将控制信号通过移相脉冲分配电路模块传送给驱动器，驱动器将驱动信号传送给开关管式全桥整流电路模块中的四个开关管以及窄脉冲发生器，窄脉冲发生器与复位积分器上的复位开关电连接。
本实用新型的有益效果：由于新增的PID控制环，减小了元件非理想性带来的稳态误差，增大了负载调整范围，加快了过渡过程，大大提高了输出电压的稳态精度，所以此电路既改变了单周期控制方法负载调整性能薄弱的不足，又继承了它对输入扰动抑制能力强的优势。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。
图1为本实用新型的电原理图。
图中：1、驱动器； 2、开关管式全桥整流电路模块； 3、降压变压器； 4、全桥整流器； 5、滤波及负载电路模块； 6、窄脉冲发生器；7、复位积分器；8、PID调节器；9、比较器；10、RS触发器；11、移相脉冲分配电路模块。
具体实施方式      
如图1所示，改进型单周期控制全桥变换器，它是由驱动器1、开关管式全桥整流电路模块2、降压变压器3、全桥整流器4、滤波及负载电路模块5、窄脉冲发生器6、复位积分器7、PID调节器8、比较器9、RS触发器10和移相脉冲分配电路模块11构成，所述开关管式全桥整流电路模块2、降压变压器3、全桥整流器4、滤波及负载电路模块5依次电连接，全桥整流器4的二极管电压经复位积分器送入比较器9，滤波及负载电路模块5的输出电压经PID调节器8送入比较器9，作为比较器的单周期控制的参考值，比较器9将比较结果送入RS触发器10，RS触发器10将控制信号通过移相脉冲分配电路模块11传送给驱动器1，驱动器1将驱动信号传送给开关管式全桥整流电路模块2中的四个开关管以及窄脉冲发生器6，窄脉冲发生器6与复位积分器7上的复位开关电连接。
开关管式全桥整流电路模块2是由四个开关管S1、S2、S3、S4，四个二极管D1、D2、D3、D4，以及四个电容C1、C2、C3、C4搭建而成。
改进型单周期控制全桥变换器的工作过程分为以下两部分：
第一步，当恒定振荡频率的时钟脉冲（Clock）上升沿到来时，RS触发器被置位，输出信号经过移相脉冲分配后作为全桥变换器开关管驱动脉冲信号，经过驱动电路放大后加在开关管驱动端。移相桥臂
Figure DEST_PATH_IMAGE026
和开通，主电路工作，逆变输出方波电压经过变压器送到副边整流桥，整流输出电压为
Figure DEST_PATH_IMAGE028
，滤波输出电压为
Figure DEST_PATH_IMAGE029
。滤波输出电压
Figure 485752DEST_PATH_IMAGE029
与参考电压的误差经补偿放大后，送到比较器
Figure DEST_PATH_IMAGE030
作为基准电压。电压经过电阻采样分压后，进行比例相位变换，然后送到非线性积分器的输入端进行积分。积分器的输出
Figure 759924DEST_PATH_IMAGE003
从初值开始正方向线性积分增长，如波形图3-7所示。当达到控制基准
Figure 495985DEST_PATH_IMAGE004
时，比较器发生翻转，接下来变换器进入第二步。
第二步，比较器状态发生翻转后，RS触发器状态也发生改变，复位清零，其输出经过移相脉冲分配电路处理后形成关断脉冲，开关管
Figure 908511DEST_PATH_IMAGE026
关断。与此同时，关断信号连接到窄脉冲发生器，产生固定脉宽、固定幅值的积分器复位脉冲信号
Figure DEST_PATH_IMAGE031
。该信号作为控制积分器复位开关W的驱动信号，当驱动信号为高电平时，复位开关开通，从而实现了积分器的反向线性复位。
以上所述是本实用新型的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型的保护范围。

Claims (2)

1.一种改进型单周期控制全桥变换器，其特征在于：它是由驱动器、开关管式全桥整流电路模块、降压变压器、全桥整流器、滤波及负载电路模块、窄脉冲发生器、复位积分器、PID调节器、比较器、RS触发器和移相脉冲分配电路模块构成，所述开关管式全桥整流电路模块、降压变压器、全桥整流器、滤波及负载电路模块依次电连接，全桥整流器的二极管电压经复位积分器送入比较器，滤波及负载电路模块的输出电压经PID调节器送入比较器，作为比较器的单周期控制的参考值，比较器将比较结果送入RS触发器，RS触发器将控制信号通过移相脉冲分配电路模块传送给驱动器，驱动器将驱动信号传送给开关管式全桥整流电路模块中的四个开关管以及窄脉冲发生器，窄脉冲发生器与复位积分器上的复位开关电连接。
2.根据权利要求1所述的改进型单周期控制全桥变换器，其特征在于：所述开关管式全桥整流电路模块是由四个开关管、四个二极管和四个电容搭建而成。
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103384075A (zh) * 2013-07-03 2013-11-06 武汉鑫双易科技开发有限公司 低纹波锂电池充放电实现方法
CN103401403A (zh) * 2013-07-03 2013-11-20 武汉鑫双易科技开发有限公司 电感充电电荷控制方法及其在开关电源中的应用
CN105553267A (zh) * 2016-01-29 2016-05-04 株洲南车时代电气股份有限公司 一种多相交错并联的直流-直流变换器及其控制方法
CN106887951A (zh) * 2015-12-16 2017-06-23 南京理工大学 电压注入单周期控制的Buck变换器及其控制方法
US9831793B2 (en) 2013-12-06 2017-11-28 General Electric Technology Gmbh Control apparatus for a power converter
CN108039812A (zh) * 2017-12-18 2018-05-15 中国矿业大学(北京) 单周期控制的电力电子变流器功率因数超前滞后控制策略
CN109450231A (zh) * 2018-11-15 2019-03-08 全球能源互联网研究院有限公司 一种大功率器件的电流驱动装置
CN109639164A (zh) * 2019-01-31 2019-04-16 甘肃南洋新能源科技发展有限公司 一种用于无线电能传输的可调输出电压的整流器
CN111934578A (zh) * 2020-08-02 2020-11-13 国网湖北省电力有限公司武汉供电公司 一种基于混合控制的双模光伏逆变器电路系统
CN113067493A (zh) * 2021-03-31 2021-07-02 燕山大学 一种高压脉冲模块化水处理电源及其控制方法
CN117155124A (zh) * 2023-11-01 2023-12-01 深圳市恒运昌真空技术有限公司 一种高阶变换器的开关电流型单周期控制方法及系统

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103384075A (zh) * 2013-07-03 2013-11-06 武汉鑫双易科技开发有限公司 低纹波锂电池充放电实现方法
CN103401403A (zh) * 2013-07-03 2013-11-20 武汉鑫双易科技开发有限公司 电感充电电荷控制方法及其在开关电源中的应用
CN103384075B (zh) * 2013-07-03 2016-02-17 武汉鑫双易科技开发有限公司 低纹波锂电池充放电实现方法
US9831793B2 (en) 2013-12-06 2017-11-28 General Electric Technology Gmbh Control apparatus for a power converter
CN106887951A (zh) * 2015-12-16 2017-06-23 南京理工大学 电压注入单周期控制的Buck变换器及其控制方法
CN105553267A (zh) * 2016-01-29 2016-05-04 株洲南车时代电气股份有限公司 一种多相交错并联的直流-直流变换器及其控制方法
CN108039812A (zh) * 2017-12-18 2018-05-15 中国矿业大学(北京) 单周期控制的电力电子变流器功率因数超前滞后控制策略
CN108039812B (zh) * 2017-12-18 2018-12-04 中国矿业大学(北京) 单周期控制的电力电子变流器功率因数超前滞后控制方法
CN109450231A (zh) * 2018-11-15 2019-03-08 全球能源互联网研究院有限公司 一种大功率器件的电流驱动装置
CN109450231B (zh) * 2018-11-15 2024-01-16 全球能源互联网研究院有限公司 一种大功率器件的电流驱动装置
CN109639164A (zh) * 2019-01-31 2019-04-16 甘肃南洋新能源科技发展有限公司 一种用于无线电能传输的可调输出电压的整流器
CN111934578A (zh) * 2020-08-02 2020-11-13 国网湖北省电力有限公司武汉供电公司 一种基于混合控制的双模光伏逆变器电路系统
CN113067493A (zh) * 2021-03-31 2021-07-02 燕山大学 一种高压脉冲模块化水处理电源及其控制方法
CN117155124A (zh) * 2023-11-01 2023-12-01 深圳市恒运昌真空技术有限公司 一种高阶变换器的开关电流型单周期控制方法及系统
CN117155124B (zh) * 2023-11-01 2024-03-08 深圳市恒运昌真空技术股份有限公司 一种高阶变换器的开关电流型单周期控制方法及系统

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