專利名稱：恒流控制裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)，尤其涉及電力高頻開關(guān)電源。
目前，電力高頻開關(guān)電源在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛，其中，電力高頻開關(guān)電源的恒流精度是一個(gè)非常重要的指標(biāo)，它的精度直接影響電力高頻開關(guān)電源中蓄電池的充、放電控制效果，以及蓄電池的壽命。目前電力高頻開關(guān)電源的恒流精度一般企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求≤0.5％，在100％額定電流值和50％額定電流值時(shí)，這一點(diǎn)容易實(shí)現(xiàn)；而在20％額定電流時(shí)，由于基準(zhǔn)值較小，很難保證電力高頻開關(guān)電源的恒流精度仍然符合≤0.5％的要求。恒流精度依賴于恒流環(huán)的穩(wěn)定性、控制環(huán)路特性、系統(tǒng)的固有誤差等主要因素。目前常規(guī)的通信用高頻開關(guān)整流器、電力用高頻開關(guān)整流器的電流控制環(huán)路的采樣電路一般采用分流器、霍爾電流傳感器，位置放在輸出端，所測(cè)得的電流值是實(shí)際輸出電流值，這種結(jié)構(gòu)所使用的方法是輸出直流電流采樣方法，采用上述常規(guī)電流控制環(huán)路的整流器單臺(tái)工作時(shí)，電流波形沒有抖動(dòng)，非常穩(wěn)定。由于電力操作電源系統(tǒng)一般情況下是整流器多臺(tái)并聯(lián)輸出供電，并且輸出并聯(lián)蓄電池以適應(yīng)沖擊載荷。實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)當(dāng)多臺(tái)并聯(lián)時(shí)，電流波形抖動(dòng)非常厲害，電流環(huán)控制電路幅值特性和頻率特性都很不穩(wěn)定，同時(shí)可以聽到低頻叫聲，整流器輸出電流在限流點(diǎn)附近波動(dòng)很大，在該狀態(tài)下工作，整流器的功率開關(guān)管很容易損壞。當(dāng)整流器輸出端與電池組并聯(lián)時(shí)，其效果和現(xiàn)象與上述一樣。雖然可以通過改變閉環(huán)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的RC參數(shù)解決多臺(tái)負(fù)載并聯(lián)時(shí)帶來的上述問題，但是當(dāng)改變電池組容量或改變電池組類型后前述現(xiàn)象又發(fā)生。這是因?yàn)殡娏骺刂骗h(huán)路采樣電路位于輸出端，易受不同特性負(fù)載干擾，尤其應(yīng)用在多臺(tái)并聯(lián)輸出或帶蓄電池時(shí)，相當(dāng)于輸出LC濾波常數(shù)變化，從而改變系統(tǒng)的閉環(huán)幅頻特性，導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)；更為嚴(yán)重的是，在負(fù)載的數(shù)量和蓄電池容量變化的情況下，根本無法保證系統(tǒng)的穩(wěn)定工作和恒流精度。
本發(fā)明的目的是提供一種提高帶電池并聯(lián)工作或多機(jī)并聯(lián)工作恒流環(huán)閉環(huán)穩(wěn)定性的控制裝置以及提高恒流精度的控制方法，以克服上述通信用高頻開關(guān)整流器、電力用高頻開關(guān)整流器在多機(jī)并聯(lián)或帶不同蓄電池時(shí)工作不穩(wěn)定、系統(tǒng)恒流精度低的缺點(diǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明構(gòu)造了一種恒流控制裝置，包括依次相連的人機(jī)對(duì)話裝置、單片機(jī)、D/A轉(zhuǎn)換器、電流給定電路、電流控制環(huán)調(diào)節(jié)器、控制信號(hào)發(fā)生器、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和全橋變換器，所述全橋變換器兩個(gè)輸入端分別接直流電和所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，輸出端接至輸出整流電路；所述輸出整流電路正極輸出端接至輸出濾波電路輸入端，輸出濾波電路的輸出端接到輸出正端；放電電阻兩端分別連接輸出正端、輸出整流電路和輸出直流電流采樣裝置的公共端；其特征在于，還包括方波電流采樣裝置和A/D轉(zhuǎn)換器；所述方波電流采樣裝置位于所述輸出整流電路和所述輸出濾波電路之間，其輸入端與所述輸出整流電路連接，其輸出端與所述輸出濾波電路連接，其信號(hào)端與所述的電流控制環(huán)調(diào)節(jié)器連接；所述A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端與輸出直流電流采樣裝置連接，輸出端與所述的單片機(jī)連接；所述輸出直流電流采樣裝置輸入端與所述輸出整流電路的負(fù)極輸出端連接，輸出端連接到輸出負(fù)端，信號(hào)端連接到所述A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端。
本發(fā)明還提出了提高恒流精度控制的方法，包括以下步驟1)由單片機(jī)將初始電流給定值設(shè)定為目標(biāo)值；2)由單片機(jī)給出電流給定值；3)根據(jù)系統(tǒng)輸出電壓和輸出電流值判斷，如果系統(tǒng)輸出電壓與單片機(jī)設(shè)置電壓不相等，并且輸出電流與單片機(jī)設(shè)置電流值相等，則系統(tǒng)工作在恒流狀態(tài)系統(tǒng)，否則不是恒流狀態(tài)。如果是恒流工作狀態(tài)，則由輸出直流電流采樣裝置采集實(shí)際輸出電流值；如果不是，則轉(zhuǎn)入步驟7)；4)將采樣電流進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，使之轉(zhuǎn)化為數(shù)字化采樣電流信號(hào)；5)將數(shù)字化采樣電流信號(hào)與單片機(jī)內(nèi)部設(shè)定的目標(biāo)電流值比較，計(jì)算兩者的電流差值；6)根據(jù)計(jì)算所得的電流差值微調(diào)電流給定值，直到使實(shí)際輸出電流值與目標(biāo)值相等；7)結(jié)束。
本發(fā)明針對(duì)在輸出端濾波電路常數(shù)經(jīng)常改變的情況下，現(xiàn)有的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)不能在很寬的頻率范圍內(nèi)滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性的問題，本發(fā)明將電流控制環(huán)路電流取樣點(diǎn)改在輸出濾波電路之前，使得電流閉環(huán)系統(tǒng)頻響特性不受輸出端濾波參數(shù)的影響，從而當(dāng)輸出并聯(lián)不同容量的蓄電池和多機(jī)并聯(lián)的時(shí)候，都不會(huì)影響采樣電流閉環(huán)特性。同時(shí)，用電流互感器直接取樣電感電流，使采樣電流更接近電感電流，閉環(huán)系統(tǒng)的快速性會(huì)大大提高。與現(xiàn)有技術(shù)相比，很大地提高了恒流控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，達(dá)到了提高恒流控制精度的目的。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明；

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的恒流控制裝置結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明所構(gòu)造的恒流控制裝置結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明所提出的電流補(bǔ)償流程圖；圖4是作為本發(fā)明實(shí)施例的全波整流電流補(bǔ)償系統(tǒng)圖。
在圖1所示的常規(guī)恒流控制結(jié)構(gòu)圖中，包括全橋變換器、輸出整流電路、輸出濾波電路、輸出直流電流采樣裝置、人機(jī)對(duì)話裝置、單片機(jī)、D/A轉(zhuǎn)換器、電流給定電路、電流控制環(huán)調(diào)節(jié)器、控制信號(hào)發(fā)生器、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、放電電阻等部分，其連接關(guān)系如下人機(jī)對(duì)話裝置、單片機(jī)、D/A轉(zhuǎn)換器、電流給定電路等構(gòu)成預(yù)制系統(tǒng)，人機(jī)對(duì)話裝置與單片機(jī)相連，單片機(jī)通過總線與D/A轉(zhuǎn)換器連接，D/A轉(zhuǎn)換器給出電流給定電路；電流控制環(huán)調(diào)節(jié)器、控制信號(hào)發(fā)生器、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、全橋變換器、輸出整流電路、輸出濾波電路、輸出直流電流采樣裝置等構(gòu)成恒流控制系統(tǒng)，電流給定電路與電流控制環(huán)調(diào)節(jié)器相連，控制信號(hào)發(fā)生器接受電流控制環(huán)調(diào)節(jié)器信號(hào)，產(chǎn)生控制信號(hào)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過信號(hào)放大驅(qū)動(dòng)全橋變換功率電路工作，全橋變換器將直流電變換成脈沖電給輸出整流電路，輸出整流電路連接輸出濾波電路和輸出直流電流采樣裝置，輸出直流電流采樣裝置經(jīng)過采樣處理后給電流控制環(huán)調(diào)節(jié)器形成閉環(huán)。另外放電電阻分別與輸出正端、輸出整流電路負(fù)端連接。在該系統(tǒng)中，由于所述的電流控制環(huán)路電流采樣電路位于輸出端，很容易受不同特性負(fù)載的干擾，尤其應(yīng)用在多臺(tái)并聯(lián)輸出或帶蓄電池時(shí)，相當(dāng)于輸出LC濾波常數(shù)變化，系統(tǒng)的閉環(huán)幅頻特性變化很大，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定，而且在并聯(lián)工作的負(fù)載的數(shù)量和蓄電池容量變化的情況下，根本無法保證系統(tǒng)的穩(wěn)定工作和恒流精度。
由于現(xiàn)有技術(shù)中造成電流控制環(huán)路不穩(wěn)定的根本原因在于輸出端濾波電路常數(shù)經(jīng)常變化，而現(xiàn)有的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)不能在很寬的頻率范圍內(nèi)滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性。所以，在圖2所示的恒流控制系統(tǒng)圖中，本發(fā)明將電流控制環(huán)路電流取樣點(diǎn)改在輸出濾波電路之前，使得電流閉環(huán)系統(tǒng)頻響特性不受輸出端濾波參數(shù)的影響。從而當(dāng)輸出并聯(lián)不同容量的蓄電池和多機(jī)并聯(lián)的時(shí)候，都不會(huì)影響采樣電流閉環(huán)特性。同時(shí)，用電流互感器直接取樣電感電流，使采樣電流更接近電感電流，閉環(huán)系統(tǒng)的快速性會(huì)大大提高。與圖1相比，本發(fā)明增加了方波電流采樣裝置、A/D轉(zhuǎn)換器兩個(gè)部分。全橋變換器、輸出整流電路、方波電流采樣裝置、電流控制環(huán)調(diào)節(jié)器、控制信號(hào)發(fā)生器、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等構(gòu)成恒流控制。電流給定電路與電流控制環(huán)調(diào)節(jié)器相連，控制信號(hào)發(fā)生器接受電流控制環(huán)調(diào)節(jié)器信號(hào)，產(chǎn)生控制信號(hào)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過信號(hào)放大驅(qū)動(dòng)全橋變換電路工作，全橋變換電路將直流電變換成脈沖電給輸出整流電路，方波電流采樣裝置采樣脈沖電流，包括輸入端、輸出端和信號(hào)端，其輸入端與所述輸出整流電路連接，其輸出端與所述輸出濾波電路連接，其信號(hào)端與所述的電流控制環(huán)調(diào)節(jié)器連接。全橋變換器、輸出整流電路、輸出濾波電路、輸出直流電流采樣裝置、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、D/A轉(zhuǎn)換器、電流給定電路、電流控制環(huán)調(diào)節(jié)器、控制信號(hào)發(fā)生器、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等構(gòu)成恒流控制糾正環(huán)。輸出直流電流采樣裝置的信號(hào)端連接到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端。A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端連接單片機(jī)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，很大地提高了恒流控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，達(dá)到了提高恒流控制精度的目的。
圖3是本發(fā)明所述的電流補(bǔ)償流程圖。由于采用輸出濾波電路前電流采樣，實(shí)際上取樣電流不是輸出負(fù)載電流，而是電感電流，輸出端的放電電阻、輸出電壓采樣電阻的分流都會(huì)造成穩(wěn)流精度超標(biāo)。雖然通過增大放電電阻值和電壓取樣電阻值，可以使穩(wěn)流精度控制在一定范圍內(nèi)，但會(huì)直接影響空載時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)也會(huì)影響系統(tǒng)的安全性，本發(fā)明采用圖3所示的電流補(bǔ)償方法有效地解決了這一穩(wěn)定性問題，簡單地說，本發(fā)明所述方法就是在電流控制環(huán)之外，設(shè)立誤差補(bǔ)償、調(diào)整環(huán)節(jié)，達(dá)到提高控制精度的目的通過人機(jī)對(duì)話裝置給單片機(jī)給出電流給定電路，并設(shè)定目標(biāo)值，系統(tǒng)工作后，根據(jù)系統(tǒng)輸出電壓和輸出電流值檢測(cè)是否處于恒流狀態(tài)，如不是則結(jié)束；如是，則將輸出直流電流采樣裝置與設(shè)定目標(biāo)值比較，當(dāng)誤差值不為零時(shí)，則修正給定值，如誤差值為零，則認(rèn)為是正常工作，不做處理，這樣就提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。
圖4是作為本發(fā)明實(shí)施例的全波整流電流補(bǔ)償電路圖。為了敘述方便和突出重點(diǎn)，圖4省略了人機(jī)對(duì)話裝置、單片機(jī)、D/A轉(zhuǎn)換器、電流給定電路、電流控制環(huán)調(diào)節(jié)器、控制信號(hào)發(fā)生器、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、全橋變換器等裝置和電路。圖中VD1、VD2是輸出整流二極管，T1、T2是電流環(huán)采樣互感器，VD3、VD4為二極管，R1、R2為電流互感器采樣電阻，C2為電流互感器采樣濾波電容，L1為輸出濾波電感，C1輸出濾波電容，SH1是輸出電流采樣分流器，R3是輸出放電電阻和輸出電壓采樣電阻的等效值，X1、X2是功率變壓器副邊接線端子，X3、X4是互感器采樣輸出端子，X5、X6是分流器采樣輸出端子，X7、X8是系統(tǒng)輸出端子。本電路采用電流互感器作為電流環(huán)采樣裝置，分流器采樣輸出電流作為軟件補(bǔ)償。具體工作過程如下系統(tǒng)正常工作時(shí)，T1、T2的采樣值經(jīng)過濾波后與電流控制環(huán)閉環(huán)正常工作。而SH1采樣實(shí)際輸出電流IS，經(jīng)過處理后送給單片機(jī)，單片機(jī)將IS與IM比較，根據(jù)差值修改給定值，最終實(shí)現(xiàn)IS與IM相等。
本發(fā)明不但可以應(yīng)用在電力電源、通訊電源等領(lǐng)域，還可以應(yīng)用在所有高精度恒流控制領(lǐng)域；此外本發(fā)明可以應(yīng)用在各種輸出整流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，如半波整流電路、全波整流電路、全橋整流電路等。
權(quán)利要求
1.一種恒流控制裝置，包括依次相連的人機(jī)對(duì)話裝置、單片機(jī)、D/A轉(zhuǎn)換器、電流給定電路、電流控制環(huán)調(diào)節(jié)器、控制信號(hào)發(fā)生器、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和全橋變換器，所述全橋變換器兩個(gè)輸入端分別接直流電和所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，輸出端接至輸出整流電路；所述輸出整流電路正極輸出端接至輸出濾波電路輸入端，輸出濾波電路的輸出端接至輸出正端；放電電阻兩端分別連接輸出正端、輸出整流電路和輸出直流電流采樣裝置的公共端；其特征在于，還包括方波電流采樣裝置和A/D轉(zhuǎn)換器；所述方波電流采樣裝置位于所述輸出整流電路和所述輸出濾波電路之間，其輸入端與所述輸出整流電路連接，其輸出端與所述輸出濾波電路連接，其信號(hào)端與所述的電流控制環(huán)調(diào)節(jié)器連接；所述A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端與輸出直流電流采樣裝置連接，輸出端與所述的單片機(jī)連接；所述輸出直流電流采樣裝置輸入端與所述輸出整流電路的負(fù)極輸出端連接，輸出端連接到輸出負(fù)端，信號(hào)端連接到所述A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的恒流控制裝置，其特征在于，所述的輸出直流電流采樣裝置采用電流互感器。
3.一種恒流控制方法，其特征在于，包括以下步驟1)由單片機(jī)將初始電流給定值設(shè)定為目標(biāo)值；2)由單片機(jī)給出電流給定值；3)根據(jù)系統(tǒng)輸出電壓和輸出電流值判斷，如果系統(tǒng)輸出電壓與單片機(jī)設(shè)置電壓不相等，并且輸出電流與單片機(jī)設(shè)置電流值相等，則系統(tǒng)工作在恒流狀態(tài)系統(tǒng)，否則不是恒流狀態(tài)。如果是恒流工作狀態(tài)，則由輸出直流電流采樣裝置采集實(shí)際輸出電流值；如果不是，則轉(zhuǎn)入步驟7)；4)將采樣電流進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，使之轉(zhuǎn)化為數(shù)字化采樣電流信號(hào)；5)將數(shù)字化采樣電流信號(hào)與單片機(jī)內(nèi)部設(shè)定的目標(biāo)電流值比較，計(jì)算兩者的電流差值；6)根據(jù)計(jì)算所得的電流差值微調(diào)電流給定值，直到使實(shí)際輸出電流值與目標(biāo)值相等；7)結(jié)束。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種恒流控制裝置,在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上增加方波電流采樣裝置和A/D轉(zhuǎn)換器,并將電流控制環(huán)路電流取樣點(diǎn)改在輸出濾波電感、電容電路之前,用電流互感器直接取樣電感電流,使采樣電流更接近電感電流;同時(shí)提出了輸出直流電流采樣補(bǔ)償?shù)姆椒?以方波電流采樣裝置作為電流控制環(huán),輸出直流電流采樣裝置僅用作輸出電流精度的微調(diào)整,進(jìn)行補(bǔ)償處理,從而提高了恒流控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和恒流精度。
文檔編號(hào)G05F1/10GK1354405SQ00127458
公開日2002年6月19日 申請(qǐng)日期2000年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月16日
發(fā)明者崔萬恒, 武士越, 高曉光 申請(qǐng)人:深圳市中興通訊股份有限公司