專利名稱：電流控制型半橋變換器的分壓電容電壓偏差前饋控制電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的電流控制型半橋變換器的分壓電容電壓偏差前饋控制電路屬電力電子功率變換技術。
背景技術：
隨著電力電子技術的迅速發(fā)展，對功率變換器的性能要求也越來越高，目前的功率變換器一般都采用了電流型控制技術。電流型控制技術就是把電壓的誤差信號作為電流的給定，然后用電流的誤差信號作為脈寬調制(PWM)控制器的輸入，產生PWM控制信號來控制功率器件的導通與關斷，從而實現對功率變換器的高性能控制。電流型控制技術具有輸出性能優(yōu)，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，動態(tài)響應快，具有內在限流保護等特點。
在功率變換器電路拓撲中，半橋變換器具有結構簡單、功率器件少且功率管承受的電壓應力小等特點，在中小功率場合應用具有較大優(yōu)勢，但是半橋變換器若采用電流型控制技術則存在一些問題。
在半橋變換電路中，電流控制技術會導致直流分壓電容電壓的安秒值不平衡，這種不平衡會使分壓電容端電壓不等，電壓中點漂移，導致輸出電壓和電流波形的畸變，使電路性能惡化，甚至使系統(tǒng)失控。
目前國內外解決上述問題的技術方案有如下幾種1)DC/DC變換器國內外解決方案如附圖4所示，在電路中加入一個輔助變壓器和兩個高壓二極管。
工作原理利用變壓器的副邊和兩個高壓二極管實現對分壓電容中點電壓的調節(jié)，從而達到均壓目的。
2)AC/DC變換器國內外解決方案如附圖5所示，在電路中加入第三個功率開關和一組功率二極管。
工作原理通過控制開關T3而控制流入電容中點的電流io，從而維持兩個電容電壓平衡。
3)DC/AC變換器目前一般采用如附圖6所示的電路，其中加入功率分壓電阻強制形成中點。
工作原理通過功率電阻R1、R2，使分壓電容中點電壓強行保持在二分之一左右的輸入電壓。
上述電流控制型半橋變換器都是通過在半橋變換器的基礎上加入功率元器件，實現電容電壓的均壓。這些方法增加了變換器的體積重量，成本高，沒有體現半橋變換器結構簡單，采用元器件少的特點，增加了系統(tǒng)的損耗，降低了效率，而且并不能從根本上保證分壓電容電壓均衡，實用效果不理想。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種能從根本上解決分壓電容電壓不平衡的問題，消除輸出電壓和輸出電流的畸變現象，提高電路性能，提高電路效率，降低系統(tǒng)損耗。
為實現上述目的，本發(fā)明的技術解決方案是在控制電路的電流給定信號中加入反映電容中點電壓偏差量的信號，以此來調節(jié)電感電流，使其中產生一部分電流用于平衡電容中點偏差電壓。其電路組成是在原半橋變換器的控制電路中將電容中點偏差電壓輸入由放大器構成的比例積分調節(jié)電路，該電路作為電容中點電壓偏差前饋電路，其輸出作為電流前饋信號輸入給電流比較器；將基準電壓和反饋電壓比較后的誤差信號經過電壓調節(jié)器(比例積分放大器)調節(jié)后作為電流給定信號，電流給定信號和電流前饋信號相加后作為電流基準，連于電流比較器，電流反饋信號與電流基準信號通過電流比較器后經電流調節(jié)器(比例調節(jié)器)與遲滯比較器(或載波交截比較器)相連，遲滯比較器(或載波交截比較器)通過驅動電路去控制主電路中的功率開關管。
采用上述電容中點電壓偏差前饋控制后，半橋變換器中分壓電容中點電壓的偏移量通過比例積分后作為了電感電流的一部分給定，使電感電流值產生了一部分直流分量，從而使分壓電容電壓的安秒值得到平衡，電容中點電壓直流偏差被徹底消除。因此本發(fā)明不需要改變功率電路，僅在原控制回路中增加一個電容偏差電壓前饋控制電路，簡便易行、成本低，而且由于對電容電壓偏差進行了閉環(huán)控制，可以實現很好的均壓效果。
本發(fā)明的上述技術解決方案適用于電流控制性半橋DC\AC變換器，DC\DC變換器和AC\DC變換器。
圖1電流控制型半橋變換器的分壓電容電壓偏差前饋控制電路框圖。
圖2電流控制型半橋變換器的分壓電容電壓偏差前饋控制電路原理圖。
圖3電流控制型半橋DC/AC變換器分壓電容電壓和輸出電壓波形圖，其中圖3(a).不采用電容中點電壓偏差前饋技術。
圖3(b).采用電容中點電壓偏差前饋技術。
圖4電流控制型半橋DC/DC變換器電路拓撲圖5電流控制型半橋AC/DC變換器電路拓撲圖6電流控制型半橋DC/AC變換器電路拓撲圖1與圖2種的符號名稱Δu——電容中點偏差電壓，K——放大器，PI——比例積分型電壓調節(jié)器，ur——基準電壓，uof——反饋電壓，in——電容中點電壓偏差前饋電路輸出電流，ig——給定電流，if——電感電流的反饋，ie——誤差電流，P——比例型電流調節(jié)器，Ud——半橋式電路直流端電壓，Uo——變換器輸出電壓。
具體實施例方式
由圖1與圖2可知，本發(fā)明是在半橋變換器的原控制電路中將電容中點偏差電壓Δu輸入由比例放大器K和比例積分(PI)調節(jié)電路所組成的電容中點電壓偏差前饋電路，電容中點電壓偏差前饋電路的輸出作為前饋電流in連于電流比較器，將基準電壓ur和反饋電壓uof比較后的誤差信號經過電壓調節(jié)器作為電流給定信號，同樣連于電流比較器，電流反饋信號與電流前饋和電流給定信號通過電流比較器后經電流調節(jié)器與遲滯比較器(或載波交截比較器)相連，遲滯比較器(或載波交截比較器)通過驅動電路去控制主電路中的功率開關管。
工作原理是電容中點偏差Δu經比例積分調節(jié)(PI調節(jié))后得到電容中點電壓偏差前饋電流in(以下簡稱前饋電流)；基準電壓ur和反饋電壓uof經過比較后由電壓調節(jié)器PI調節(jié)后的得到給定電流ig，前饋電流in、給定電流ig與電感電流的反饋信號iLf經電流比較器比較后得到的誤差電流ie，經電流調節(jié)器(P調節(jié))后輸入到原控制電路中的遲滯開關電路(或載波交截電路)產生PWM波輸入到驅動電路控制主電路的功率開關管。
圖2是本發(fā)明的具體實施原理圖。由圖2可知，將電容中點偏差電壓Δu輸入到以放大器U1B組成放大電路的電容中點電壓偏差前饋電路，即由放大器U1B完成對電壓Δu的放大及比例積分調節(jié)作用，并得到前饋電流in；基準電壓ur與取自于輸出電壓uo的反饋電壓uof均輸入到以放大器U1C組成的放大電路，完成基準電壓ur與反饋電壓uof的比較和調節(jié)作用，得到給定電流ig，前饋電流in、給定電流ig與取自于電感電流iL的電感反饋電流iLf三者均輸入到由放大器U1A組成的電流調節(jié)器，完成電流的比較和調節(jié)，然后通過遲滯開關電路U1D。實際上放大器U1A、U1B、U1C和U1D可采用一片放大芯片，如LF347芯片。因此本發(fā)明只要在原控制電路中加一些電阻電容器件，就可完成本發(fā)明的目的，所以電路簡單可行，效果好。圖3就是本發(fā)明的實際實施效果圖。此實際實施效果圖是對電流型半橋逆變器制作原理樣機(360V直流輸入，輸出為115V/400Hz)進行實驗，得到的在不采用電容中點電壓偏差前饋技術和采用電容電壓偏差前饋技術的條件下的輸出電壓和電容中點電壓的波形。實驗結果證實了電流控制型半橋逆變器分壓電容不均壓問題及其影響，驗證了電流控制型半橋逆變器電容電壓前饋控制技術的有效性。其中圖3(a)為不采用電容中點電壓偏差前饋電路的分壓電容電壓和輸出電壓的波形圖，很明顯，電容電壓與電源電壓的一半存在較大偏差，電壓波形存在畸變現象。圖3(b)為采用電容中點電壓偏差前饋電路的分壓電容電壓和輸出電壓的波形圖，電容電壓的平均值等于電源電壓的一半，消除了電容電壓的不均衡問題，從而基本上消除了輸出電壓的畸變現象。
權利要求
1.一種電流控制型半橋變換器的分壓電容電壓偏差前饋控制電路。其特征在于，在半橋變換器控制電路中將電容中點偏差電壓輸入由放大器連于電壓調節(jié)器組成的電容中點電壓偏差電路，此電路的輸出連于電流比較器；將基準電壓及反饋電壓輸入電壓比較器后經電壓調節(jié)器同樣連于電流比較器，此電流比較器的輸出連于電流調節(jié)器后與遲滯比較器或載波交截比較器相連。
全文摘要
一種電流控制型半橋變換器的分壓電容電壓偏差前饋控制電路屬電力電子功率變換技術。他是在半橋變換器的控制電路中將電容中點偏差電壓引入由比例積分調節(jié)器組成的電容中點電壓偏差前饋電路后產生電流前饋連于電流比較器；將基準電壓及反饋電壓引入電壓比較器后連于電壓調節(jié)器生成電流給定，再連于電流比較器；電流反饋信號與電流前饋和電流給定信號通過電流比較器后經電流調節(jié)器與遲滯比較器(或載波比較器)相連，遲滯比較器(或載波比較器)通過驅動電路去控制變換器主電路。采用上述電容中點電壓偏差前饋控制后，半橋變換器中分壓電容中點電壓的偏移量通過比例積分后作為電感電流的一部分給定，是電感電流值產生一部分直流分量，從而使分壓電容電壓的安秒值得到平衡，是電容中點電壓直流偏差被徹底清除。
文檔編號H02M1/08GK1514531SQ03132160
公開日2004年7月21日 申請日期2003年7月3日 優(yōu)先權日2003年7月3日
發(fā)明者謝少軍, 陳東華 申請人:南京航空航天大學