專利名稱：用查表法修正串聯(lián)諧振開關(guān)變換器諧振漂移的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種修正開關(guān)變換器諧振漂移的裝置及方法，特別是涉及一種利用查 表法修正串聯(lián)諧振開關(guān)變換器諧振漂移的裝置及方法。
背景技術(shù)：
高壓電容器充電電源基于高頻變換器技術(shù)設(shè)計，變換器的拓撲為串聯(lián)諧振開關(guān)變 換器結(jié)構(gòu)。這種拓撲的特點是變換器開關(guān)在諧振電流為零時動作，變換器開關(guān)的導(dǎo)通時間 與諧振頻率為固定值，并存在一定關(guān)系。開關(guān)在每次諧振電流發(fā)生的第一次回到零時關(guān)斷， 也就是所謂零電流開關(guān)(軟開關(guān))，避免了開關(guān)在其電流非零時切換而出現(xiàn)的所謂硬開關(guān) 現(xiàn)象。電源輸出調(diào)節(jié)依靠開關(guān)頻率的改變。然而，高壓充電工程中諧振頻率不可避免的漂 移，使變換器開關(guān)不在諧振電流為零時動作，造成變換器的特性發(fā)生改變。因此設(shè)計一種自 動監(jiān)測并判斷諧振頻率漂移的電路，它可以在充電電源的變換器工作正常時無輸出，當變 換器現(xiàn)非零電流開關(guān)狀況時，輸出一個脈沖電壓信號。用這個信號即可調(diào)整變換器開關(guān)狀 態(tài)，恢復(fù)正常特性。工業(yè)電子學(xué)報中《一種采用串聯(lián)諧振拓撲，固定導(dǎo)通時間，變頻控制和零電流開關(guān) 的電容器充電電源》(A capacitor-charging power supple using a series-resonant lopology, constant on-time/vfariabe frequenency control, and zero-current switching IEEE Transactions on Industrial Electronics，Vol. 38，No. 6，December， 1991)，對這種電容器充電電源作了詳細說明。但電源在它的輸出變壓器變比較大和負載變 化也大的情況下，變壓器的分布電容會使諧振頻率變化。變換器不再零電流時開關(guān)，使變換 器開關(guān)器件的電流應(yīng)力和電磁輻射加大。對這種現(xiàn)象該文章作了忽略處理。因此，這類電容 器充電電源都用加大變換器開關(guān)器件的電流參數(shù)值，來處應(yīng)對問題，顯然還未解決電磁輻 射。另外辦法是改用其它變換器拓撲設(shè)計充電電源。在《串并聯(lián)諧振變換器在電容器充電電 源中的應(yīng)用〉〉(Using the series parallel resonant converter in capacitor charging applications. The 7th Applied Power Electronics Conference and Exposition,Barry C Pollard,Boston,M A,USA, 1992)中，用并用串-并聯(lián)諧振變換器方式設(shè)計電容器充電電 源，由于工作原理不同因而不涉及上述現(xiàn)象。但這種電容器充電電源不及采用串聯(lián)諧振零 電流開關(guān)變換器設(shè)計電容充電電源使用廣泛。這樣對出現(xiàn)的問題一個是忽略，另一個采取其它的電路拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計。忽略的原 因是串聯(lián)諧振零電流開關(guān)變換器是依靠固定開關(guān)時間，變化開關(guān)頻率的方式工作。而開關(guān) 時間與諧振頻率存在固定的對應(yīng)關(guān)系。本發(fā)明針對諧振頻率的漂移，自動調(diào)節(jié)變換器開關(guān) 時間，可維持其固定的對應(yīng)關(guān)系。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中基于串聯(lián)諧振開關(guān)變換器技術(shù)設(shè)計的電容器充 電電源中諧振頻率漂移，引起的變換器開關(guān)非零關(guān)斷的問題，提供一種利用查表法修正串聯(lián)諧振充電電源諧振漂移的裝置及方法，在諧振頻率發(fā)生漂移時，改變變換器開關(guān)的導(dǎo)通 時間，而維持諧振頻率與變換器開關(guān)時間的關(guān)系不變，使變換器始終在零電流開關(guān)。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是—種用查表法修正串聯(lián)諧振開關(guān)變換器諧振漂移的裝置，包括變換器、諧振電路、 變壓器、整流電路、儲能電容、驅(qū)動電路、數(shù)字控制器、查表模塊，其中查表模塊與數(shù)字控制 器電連接。一種用查表法修正串聯(lián)諧振開關(guān)變換器諧振漂移的方法，利用電源輸出電壓與控 制器驅(qū)動的輸出的對應(yīng)關(guān)系，設(shè)置一個電源在不同輸出電壓下，諧振頻率漂移對應(yīng)驅(qū)動脈 沖寬度的函數(shù)表放入控制器程序存儲器中，工作時在用查表的方式即可修正控制器輸出的 開關(guān)驅(qū)動，使其自動跟隨諧振頻率的變化而改變，從而防止諧振頻率漂移引起的非零電流 開關(guān)現(xiàn)象發(fā)生。具體步驟包括1)先使沒有矯正的充電電源帶載工作，測量出串聯(lián)電路諧振頻率f值，變換器開 關(guān)導(dǎo)通時間T，以及在不同時刻的輸出電壓下，對應(yīng)諧振頻率，直到充電結(jié)束；2)然后把開關(guān)導(dǎo)通時間與相位差值相加，得到一個不同頻率下的變換器開關(guān)導(dǎo)通 時間組；3)這個組的每一個值都對應(yīng)一個相應(yīng)的充電機輸出電壓值，即得出一個輸出電壓 與不同諧振頻率下的變換器開關(guān)時間對應(yīng)表，然后把它以程序的方式放入查表模塊中；4)充電電源工作時，不同的電壓值反饋到控制器中時，程序把一個與輸出電壓對 應(yīng)的、不同導(dǎo)通時間的開關(guān)信號，從查表模塊中取出，取代原來的開關(guān)導(dǎo)通時間，驅(qū)動變換 器開關(guān)。從上述本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征可以看出，其優(yōu)點是通過查找表方法，可使串聯(lián)諧振變 換器式電容器充電電源中的變換器開關(guān)始終保持在零電流時動作，提高了電源的效率，消 除因非零電流開關(guān)而生產(chǎn)電磁幅射污染；也沒有加大變換器開關(guān)器件的過流能力或改變 電路的硬件結(jié)構(gòu)，從而節(jié)約了生產(chǎn)成本。


本發(fā)明將通過附圖比較以及結(jié)合實例的方式說明圖1是全數(shù)字化控制的基于串聯(lián)諧振全橋變換器的電容器充電電源框圖。圖中L、 C構(gòu)成串聯(lián)諧振電路。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。設(shè)計原理如果充電電源的變換器開關(guān)控制系統(tǒng)是數(shù)字式的，它的特點是變換器 的開關(guān)控制等是由控制器里查表模塊決定，所用控制芯片通常是DSP (數(shù)字信號處理器)、 FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)、PLC(可編程控制器)或微處理器。則可利用電源輸出電壓與 控制器驅(qū)動的輸出的對應(yīng)關(guān)系，設(shè)置一個電源在不同輸出電壓下，諧振頻率漂移對應(yīng)驅(qū)動 脈沖寬度的函數(shù)表放入控制器查表模塊中，工作時通過查表模塊即可修正控制器輸出的開關(guān)驅(qū)動，使其自動跟隨諧振頻率的改變，從而防止諧振頻率漂移引起的非零電流開關(guān)現(xiàn)象 發(fā)生。具體過稱為利用電源輸出電壓與控制器驅(qū)動的輸出的對應(yīng)關(guān)系，設(shè)置一個電源 在不同輸出電壓下，諧振頻率漂移對應(yīng)驅(qū)動脈沖寬度的函數(shù)表放入數(shù)字控制器的查找模塊 (程序存儲器)中，工作時通過查找表查表方式即可修正控制器輸出的開關(guān)驅(qū)動。根據(jù)不同 的充電電源輸出電壓值，查出對應(yīng)的變換器驅(qū)動脈沖寬度時間數(shù)據(jù)，作為新的變換器開關(guān) 導(dǎo)通時間。這種改變使驅(qū)動脈沖寬度始終對應(yīng)諧振電流半周期的過零時刻。在圖1的電源系統(tǒng)中，用實驗或計算的方式得到諧振頻率漂移與變換器開關(guān)的導(dǎo) 通時間誤差。這里以實驗為例，先使沒有矯正的充電電源帶載工作，測量出串聯(lián)電路諧振頻 率f值，變換器開關(guān)導(dǎo)通時間T，以及在不同時刻的輸出電壓下，對應(yīng)諧振頻率，直到充電結(jié) 束。例如充電機輸出電壓分別為￥0、￥1、￥2、...￥丨，對應(yīng)的變換器電流的諧振頻率為f0、 fl、f2. . . ft，對應(yīng)的諧振波形的零點與變換器開關(guān)關(guān)斷時刻的相位差w0、wl、w2. . . wt。然 后把開關(guān)導(dǎo)通時間與相位差值相加，得到一個不同的變換器開關(guān)導(dǎo)通時間組T+wO、T+wU T+w2、...T+wt。顯而易見，這個組的每一個值都對應(yīng)一個相應(yīng)的充電機輸出電壓值，即得 出一個輸出電壓與不同諧振頻率下的變換器開關(guān)時間對應(yīng)表，然后把它以程序的方式存入 查表模塊中。這樣在充電電源工作時，不同的電壓值反饋到控制器中時，查表模塊將程序中 與輸出電壓對應(yīng)的、不同導(dǎo)通時間的開關(guān)信號，從查表模塊中取出，取代原來的開關(guān)導(dǎo)通時 間，驅(qū)動變換器開關(guān)。因此，保證了變換器開關(guān)始終在諧振電流為零的地方動作。數(shù)據(jù)組取 值間隔時間越短，其開關(guān)的關(guān)斷時刻，越趨近諧振電流的零點。本說明書中公開的所有特征，除了互相排斥的特征以外，均可以以任何方式組合。本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘 述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只 是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
權(quán)利要求
1. 一種用查表法修正串聯(lián)諧振開關(guān)變換器諧振漂移的裝置，包括變換器、諧振電路、變 壓器、整流電路、儲能電容、驅(qū)動電路，其特征在于還包括數(shù)字控制器、查表模塊，變換器、諧 振電路、變壓器、整流電路、儲能電容、數(shù)字控制器、驅(qū)動電路順序電連接，其中查表模塊與 數(shù)字控制器電連接。
2. 一種用查表法修正串聯(lián)諧振開關(guān)變換器諧振漂移的方法，其特征在于利用電源輸出 電壓與控制器驅(qū)動的輸出的對應(yīng)關(guān)系，設(shè)置一個電源在不同輸出電壓下，諧振頻率漂移對 應(yīng)驅(qū)動脈沖寬度的函數(shù)表放入控制器程序存儲器中，工作時在用查表的方式即可修正控制 器輸出的開關(guān)驅(qū)動，使其自動跟隨諧振頻率的變化而改變，從而防止諧振頻率漂移引起的 非零電流開關(guān)現(xiàn)象發(fā)生。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用查表法修正串聯(lián)諧振開關(guān)變換器諧振漂移的方法，其 特征在于所述方法具體步驟包括1)先使沒有矯正的充電電源帶載工作，測量出串聯(lián)電路諧振頻率f值，變換器開關(guān)導(dǎo) 通時間T，以及在不同時刻的輸出電壓下，對應(yīng)諧振頻率，直到充電結(jié)束；2)然后把開關(guān)導(dǎo)通時間與相位差值相加，得到一個不同頻率下的變換器開關(guān)導(dǎo)通時間組；3)這個組的每一個值都對應(yīng)一個相應(yīng)的充電機輸出電壓值，即得出一個輸出電壓與不 同諧振頻率下的變換器開關(guān)時間對應(yīng)表，然后把它以程序的方式放入查表模塊中；4)充電電源工作時，不同的電壓值反饋到控制器中時，把一個與輸出電壓對應(yīng)的、不同 導(dǎo)通時間的開關(guān)信號，從查表模塊中取出，取代原來的開關(guān)導(dǎo)通時間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種修正開關(guān)變換器諧振漂移的裝置及方法，特別是涉及一種利用查表法修正串聯(lián)諧振開關(guān)變換器諧振漂移的裝置及方法。解決現(xiàn)有技術(shù)中基于串聯(lián)諧振開關(guān)變換器技術(shù)設(shè)計的電容器充電電源中諧振頻率漂移，引起的變換器開關(guān)非零關(guān)斷的問題，提供一種利用查表法修正串聯(lián)諧振充電電源諧振漂移的裝置及方法，在諧振頻率發(fā)生漂移時，改變變換器開關(guān)的導(dǎo)通時間，而維持諧振頻率與變換器開關(guān)時間的關(guān)系不變，使變換器始終在零電流開關(guān)。技術(shù)方案包括變換器、諧振電路、變壓器、整流電路、儲能電容、驅(qū)動電路、數(shù)字控制器、查表模塊，數(shù)字控制器與查表模塊電連接。本發(fā)明主要應(yīng)用于串聯(lián)諧振變換器式電容器充電電源零電流狀態(tài)的場合。
文檔編號H02M3/28GK102005927SQ20101056786
公開日2011年4月6日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者丁明軍, 于治國, 代剛, 任青毅, 馮宗明, 馮莉, 葉超, 吳紅光, 張振濤, 曹寧翔, 曹科峰, 李亞維, 李巨, 李晏敏, 李璽欽, 梁川, 王衛(wèi), 王浩, 謝敏, 賈興, 趙娟, 鄧明海, 鄧維軍, 馬軍, 馬勛, 馬成剛, 黃斌, 黃雷, 龍燕 申請人:中國工程物理研究院流體物理研究所