一種直流環(huán)節(jié)的有源濾波器的控制方式的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種直流環(huán)節(jié)的有源濾波器的控制方式，屬于功率電子變換器的范疇。
【背景技術(shù)】
[0002]在功率電子變換器領(lǐng)域，很多場合中都需要抑制直流環(huán)節(jié)中的電壓脈動和電流脈動。例如，固態(tài)雷達(dá)發(fā)射機的供電電源需要提供低頻的脈動電流，其輸入功率要求盡量為平直形式，而輸出為低頻脈動功率，如果要求該脈動功率全部由輸出儲能電容承擔(dān)，為了保證輸出電壓的脈動足夠小，需要大容量的輸出儲能電容，這樣會大幅地增加電源的體積和重量。又如，單級式PWM整流器和交流供電的LED驅(qū)動電源中，輸入功率含有較大的兩倍輸入頻率的脈動分量，而瞬時輸出功率近似恒定，為了匹配瞬時輸入功率和輸出功率，需要使用容量較大的儲能電容，這個電容一般選用電解電容。而電解電容壽命較低，與系統(tǒng)整體壽命不匹配。根據(jù)以上的分析，對于在直流環(huán)節(jié)中用于承擔(dān)低頻脈動功率的大容量電解電容，需要采用一定的方法來減小其容值，甚至去除電解電容。
[0003]通過在直流環(huán)節(jié)并聯(lián)有源濾波器，利用有源濾波器來吸收低頻的脈動功率，可以大幅度減小直流母線上所需的電容容值。這里將直流端口看作為有源濾波器的輸入端口，其基本原理是從變換器中檢測出需要濾除的低頻諧波電流，然后控制有源濾波器的輸入電流與其相等，從而使其提供系統(tǒng)中的低頻脈動功率，起到減小直流母線電容的目的。
[0004]對于采用Buck/Boost雙向變換器的有源濾波器，當(dāng)主變換器的瞬時輸入功率高于輸出功率時，有源濾波器工作于Boost模式，將多余的能量儲存到其輸出電容中；當(dāng)瞬時輸入功率低于輸出功率時，有源濾波器工作于Buck模式，輸出端電容釋放能量。該有源濾波器采用雙閉環(huán)控制，電流內(nèi)環(huán)控制其輸入電流跟蹤需要濾除或需要提供的低頻脈動電流；為了保證有源濾波器的正常工作，需要保證其輸出電壓始終高于輸入端的電壓，因此需要加入一個電壓外環(huán)對其進(jìn)行控制。已有的方案為控制輸出電壓的平均值，即采樣輸出電壓，與平均值基準(zhǔn)進(jìn)行比較，得到的電壓誤差經(jīng)過電壓調(diào)節(jié)器之后疊加到采樣得到的低頻脈動電流信號上，作為電流內(nèi)環(huán)的給定。當(dāng)變換器負(fù)載降低時，由于有源濾波器輸出電壓的平均值與輸入電壓相比仍然較高，使得有源濾波器存在較大的開關(guān)損耗，影響變換器輕載時的效率。另外，由于電壓外環(huán)帶寬較低，使得變換器的動態(tài)響應(yīng)較慢，在負(fù)載為低頻脈動形式的應(yīng)用場合，輸出電壓仍然存在一定的跌落和過沖，因此有必要改善有源濾波器的控制方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對并聯(lián)在直流環(huán)節(jié)上的用來替代較大容量電解電容的有源濾波器，提出采用控制有源濾波器輸出電壓最低值以及最高值的方法，提高變換器輕載情況下的效率并且減小變換器在突加負(fù)載時輸出電壓的動態(tài)跌落。
[0006]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案: 一種直流環(huán)節(jié)的有源濾波器的控制方式，
有源濾波器采用雙閉環(huán)控制，電流內(nèi)環(huán)跟蹤所需濾除的低頻脈動電流，電壓外環(huán)控制有源濾波器輸出電壓的最低值或者最高值，具體控制方式為:
利用電壓采樣電路檢測有源濾波器的輸出電壓，用一個固定的值與采樣得到的輸出電壓相減，將其結(jié)果送入峰值檢測電路；或者直接將采樣得到的輸出電壓送入峰值檢測電路；前者為控制有源濾波器輸出電壓最低值的控制方式，后者為控制有源濾波器輸出電壓最高值的控制方式；
將峰值檢測電路的輸出值與有源濾波器輸出電壓最低值或者最高值基準(zhǔn)進(jìn)行比較后，產(chǎn)生誤差信號送入電壓調(diào)節(jié)器；
利用電流采樣電路檢測有源濾波器直流環(huán)節(jié)中的電流，濾除其直流分量后，與電壓調(diào)節(jié)器的輸出信號經(jīng)過加法電路相加，產(chǎn)生電流內(nèi)環(huán)的基準(zhǔn)信號；
檢測有源濾波器的輸入電流，與電流基準(zhǔn)信號進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差信號送入電流調(diào)節(jié)器，從而得到調(diào)制信號；將調(diào)制信號送入PWM調(diào)制電路，并通過驅(qū)動電路得到開關(guān)管的驅(qū)動信號。
[0007]該方法提供一種有源濾波器，所述有源濾波器為Buck/Boost雙向變換器。
[0008]所述Buck/Boost雙向變換器具體包括電感、兩個開關(guān)管、儲能電容，具體的，電感的一端為雙向變換器的一個輸入端，電感的另一端分別連接兩個開關(guān)管的一端；其中第一開關(guān)管的另一端連接雙向變換器的另一個輸入端以及儲能電容的一端，所述第二開關(guān)管的另一端連接儲能電容的另一端。
[0009]該有源濾波器并聯(lián)在常規(guī)供電電路的主變換器直流環(huán)節(jié)，用來減小直流環(huán)節(jié)所需的濾波電容的電容值。
[0010]當(dāng)所述主變換器的瞬時輸入功率高于脈動輸出功率時，有源濾波器工作于Boost模式；當(dāng)所述主變換器的瞬時輸入功率低于輸出功率時，有源濾波器工作于Buck模式。
[0011]當(dāng)采用控制有源濾波器輸出電壓最低值的方法時，利用電壓采樣電路檢測有源濾波器的輸出電壓，用一個固定的值與采樣得到的輸出電壓相減，將其結(jié)果送入峰值檢測電路；
將峰值檢測電路的輸出值與有源濾波器輸出電壓最低值基準(zhǔn)進(jìn)行比較后，產(chǎn)生誤差信號送入電壓調(diào)節(jié)器；
利用電流采樣電路檢測有源濾波器直流環(huán)節(jié)中的電流，濾除其直流分量后，與電壓調(diào)節(jié)器的輸出信號經(jīng)過加法電路相加，產(chǎn)生電流內(nèi)環(huán)的基準(zhǔn)信號；
檢測有源濾波器的輸入電流，與電流基準(zhǔn)信號進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差信號送入電流調(diào)節(jié)器，從而得到調(diào)制信號；將調(diào)制信號送入PWM調(diào)制電路，并通過驅(qū)動電路得到開關(guān)管的驅(qū)動信號。
[0012]當(dāng)采用控制有源濾波器輸出電壓最高值的方法時，利用電壓采樣電路檢測有源濾波器的輸出電壓，將采樣得到的輸出電壓送入峰值檢測電路；
將峰值檢測電路的輸出值與有源濾波器輸出電壓最高值基準(zhǔn)進(jìn)行比較后，產(chǎn)生誤差信號送入電壓調(diào)節(jié)器；
利用電流采樣電路檢測有源濾波器直流環(huán)節(jié)中的電流，濾除其直流分量后，與電壓調(diào)節(jié)器的輸出信號經(jīng)過加法電路相加，產(chǎn)生電流內(nèi)環(huán)的基準(zhǔn)信號； 檢測有源濾波器的輸入電流，與電流基準(zhǔn)信號進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差信號送入電流調(diào)節(jié)器，從而得到調(diào)制信號；將調(diào)制信號送入PWM調(diào)制電路，并通過驅(qū)動電路得到開關(guān)管的驅(qū)動信號。
[0013]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
當(dāng)變換器負(fù)載變輕時，有源濾波器輸出電壓隨著負(fù)載的變輕而自適應(yīng)地降低，而如果采用傳統(tǒng)的控制輸出電壓平均值的方法，有源濾波器輸出電壓在輕載時仍然保持較高的值。因此本發(fā)明提出的控制有源濾波器輸出電壓最低值的方法可以有效減小輕載時有源濾波器開關(guān)管的開關(guān)損耗，提高變換器的輕載效率。
[0014]當(dāng)采用控制有源濾波器輸出電壓最高值的方法時，與傳統(tǒng)的控制輸出電壓平均值的方法相比，當(dāng)變換器開機之后突加負(fù)載時，由于電壓外環(huán)電壓基準(zhǔn)值更高，使得電壓環(huán)的輸出相對更高，從而得到更高的電流環(huán)基準(zhǔn)，使得有源濾波器能夠提供更多的瞬時脈動功率，因此可以有效減小突加負(fù)載時主變換器輸出電壓的跌落，提高變換器的動態(tài)響應(yīng)性能。
【附圖說明】
[0015]附圖1是脈沖負(fù)載情況下應(yīng)用有源濾波器時變換器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖2是有源濾波器的電路原理圖；
附圖3是有源濾波器的主要工作波形；
附圖4是本發(fā)明中控制有源濾波器輸出電壓最低值方法的控制框圖；
附圖5是本發(fā)明中控制有源濾波器輸出電壓最高值方法的控制框圖；
附圖6是本發(fā)明中采用的峰值檢測電路的電路原理圖；
其中，匕為整個變換器的直流輸入電壓、G為輸出濾波電容、A為脈沖負(fù)載電流、T0為其平均值、^為輸出電壓；K為有源濾波器的近似輸入電壓、4和G分別為有源濾波器的輸入電感和儲能電容、M和兌為有源濾波器的兩只開關(guān)管；iJP 分別為有源濾波器的輸入電流和輸出電壓、△ K、K—-、VajlJW匕分別為輸出電壓的脈動值、最低值、最高值和平均值、Iifr和兌―&分別為開關(guān)管0和兌的驅(qū)動信號、W1和尼為有源濾波器輸出電壓米樣電阻4(5.)和6(5.)分別為電壓調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器、Kamin reJP Kamax rei分別為兩種方案下有源濾波器輸出電壓最低值基準(zhǔn)和最高值基準(zhǔn)、i3—re#脈沖負(fù)載電流濾除直流分量后得到的電流基準(zhǔn)、A、忍為組成峰值檢測電路的二極管、rp、&為峰值檢測電路的電阻、?為峰值檢測電路的電容。
【具體實施方式】
[0016]本發(fā)明提供一種直流環(huán)節(jié)的有源濾波器的控制方式，為使本發(fā)明的目的，技術(shù)方案及效果更加清楚，明確，以及參照附圖并舉實例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0017]下面結(jié)合附圖對發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明:
附圖1給出了采用有源濾波器來減小直流環(huán)節(jié)電容的一個具體應(yīng)用場合，其負(fù)載電流為低頻脈沖形式，為了保證輸出電壓的脈動足夠小，需要一個儲能單元來提供負(fù)載所需的脈動功率，而為了減小輸出端的儲能電容的大小，可以采用在輸出端并聯(lián)一個有源濾波器的方式，利用該有源濾