一種抑制4階Boost變換器諧振的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于開(kāi)關(guān)電源變換器領(lǐng)域，具體設(shè)及一種抑制4階Boost變換器諧振的方 法，用于帶有LC輸入濾波器的DC-DC變換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 在化石能源日漸匿乏的背景下，因電能在清潔性、安全性和運(yùn)輸與控制等方面的 諸多優(yōu)點(diǎn)，電能在未來(lái)能源體系中將占據(jù)重要地位。在現(xiàn)代電源變換技術(shù)中，經(jīng)常在DC-DC 前級(jí)添加 LC輸入濾波器W消除電磁干擾化MI)和輸入電流的開(kāi)關(guān)諧波，輸入濾波器還能在 給定電壓瞬間保護(hù)變換器及其負(fù)載免受沖擊而損壞。但一個(gè)新的問(wèn)題隨之產(chǎn)生，輸入濾波 器提高了系統(tǒng)的階數(shù)，改變了變換器的動(dòng)態(tài)特性，系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)也隨之改變，會(huì)出現(xiàn)控制 系統(tǒng)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，輸出阻抗將變大，導(dǎo)致諧振的發(fā)生。在一些典型的獨(dú)立電源應(yīng)用領(lǐng)域如 純電動(dòng)汽車、潛艇、輪船等，電力環(huán)境的穩(wěn)定性是系統(tǒng)安全必不可少的保障。同時(shí)在運(yùn)類獨(dú) 立電源應(yīng)用領(lǐng)域，重量和體積的限制也必須加 W考慮。
[0003] 針對(duì)于上述問(wèn)題，一種行之有效的方法是根據(jù)Middlebrook理論，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行阻尼 匹配，通過(guò)給輸入濾波器串并聯(lián)合適的阻感性元件來(lái)減小或者消除輸入濾波器的輸出阻 抗，從而提高級(jí)聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但是運(yùn)無(wú)疑大大增加了系統(tǒng)的重量和體積，同時(shí)增加損 耗，使得效率降低。另外一種典型的方法是大量的母線電容通過(guò)串并聯(lián)的形式作為支撐作 用加入到電力系統(tǒng)輸入端。運(yùn)也無(wú)疑會(huì)大大增大系統(tǒng)的體積和重量。
[0004] W上兩種典型方法雖然能夠在一定程度上解決由輸入濾波器而帶來(lái)的諧振問(wèn)題， 但是，運(yùn)樣的方式所達(dá)到的效果并不理想。在典型的獨(dú)立電源應(yīng)用領(lǐng)域，體積和重量的優(yōu)化 對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。因此，需要提出新的方案來(lái)解決目前存在的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0006] 為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種抑制4階Boost變換器諧振的方 法，能夠在不增加體積重量、不增加系統(tǒng)損耗、不改變系統(tǒng)原有控制結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上有效的解 決上述問(wèn)題。
[0007] 技術(shù)方案
[000引一種抑制4階Boost變換器諧振的方法，其特征在于步驟如下：
[0009] 步驟1:對(duì)Boost變換器的輸出電壓V〇ut、Boost變換器的電感電流?、1Χ輸入濾波器 的電感電流if、LC輸入濾波器的電容電壓Vin進(jìn)行采樣；
[0010] 步驟2:計(jì)算LC輸入濾波器諧振頻率附近的高頻電感電流if-fs;
[0011] 所述ω η為高通濾波器的截止頻率;fs為高通濾波器的狀態(tài)變量，通過(guò)高通濾波器 的狀態(tài)方程
求得；
[001引步驟3:前饋補(bǔ)償信號(hào)dc = Kc· α廣fs)，Kc為比例系數(shù)，數(shù)值取為0~-2;
[0013]步驟4:將前饋補(bǔ)償?shù)较到y(tǒng)的控制端，形成傳統(tǒng)的PI反饋控制與前饋補(bǔ)償?shù)寞B加 d = ds+dc，達(dá)到抑審Ij4階Boost變換器的諧振；
[0014] 其中：山為傳統(tǒng)PI反饋控制產(chǎn)生的反饋控制信號(hào):山= Kpi(Iref-iL)+Kii · Si。
[001引有益效果
[0016] 本發(fā)明提出的一種抑制4階Boost變換器諧振的方法，采用復(fù)合控制的閉環(huán)拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)，在傳統(tǒng)雙閉環(huán)反饋控制的基礎(chǔ)上，通過(guò)將前級(jí)LC濾波電路中的電流進(jìn)行高通濾波后，W 一定比例增益作用于系統(tǒng)控制端，設(shè)計(jì)了一種4階Boost變換器基于輸入濾波器諧振頻率處 的高頻電流前饋補(bǔ)償技術(shù)。本發(fā)明所提基于輸入濾波器諧振頻率處的高頻電流信號(hào)的補(bǔ)償 技術(shù)可W在不改變?cè)邢到y(tǒng)結(jié)構(gòu)前提下，提高系統(tǒng)穩(wěn)定輸出功率范圍，增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性能； 可W有效抑制系統(tǒng)的諧振現(xiàn)象，保護(hù)電路;本發(fā)明所提基于輸入濾波器諧振頻率處的高頻 電流信號(hào)的補(bǔ)償技術(shù)可W廣泛應(yīng)用在獨(dú)立電源及運(yùn)輸領(lǐng)域，例如純電動(dòng)汽車、輪船和潛艇 等。有望在未來(lái)電力系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[001引圖2 4階Boost電路拓?fù)鋱D；
[0019] 圖3控審賺略圖；
[0020] 圖4(a)不添加前饋補(bǔ)償時(shí)，負(fù)載變化對(duì)系統(tǒng)極點(diǎn)的影響
[0021] (b)不添加前饋補(bǔ)償時(shí)，虛軸附近極點(diǎn)的變化規(guī)律；
[0022] 圖5(a)添加前饋補(bǔ)償時(shí)，負(fù)載變化對(duì)系統(tǒng)極點(diǎn)的影響
[0023] (b)添加前饋補(bǔ)償時(shí)，虛軸附近極點(diǎn)的變化規(guī)律；
[0024] 圖6(a)添加前饋補(bǔ)償時(shí)，補(bǔ)償系數(shù)K。對(duì)系統(tǒng)極點(diǎn)的影響
[0025] (b)添加前饋補(bǔ)償時(shí)，虛軸附近極點(diǎn)的變化規(guī)律；
[0026] 圖7系統(tǒng)穩(wěn)定范圍圖；
[0027] 圖8對(duì)圖7穩(wěn)定部分的局部放大圖；
[0028] 圖9不引入補(bǔ)償信號(hào)時(shí)的仿真效果(負(fù)載參考電壓由24V固懐到48V);
[0029] 圖10對(duì)圖9在0.2s時(shí)進(jìn)行局部放大圖；
[0030] 圖11引入補(bǔ)償信號(hào)時(shí)的仿真效果圖（負(fù)載參考電壓由24V固懐到48V);
[0031 ]圖12對(duì)圖11在0.2s時(shí)進(jìn)行局部放大圖；
[0032] 圖13實(shí)驗(yàn)平臺(tái)圖；
[0033] 圖14不引入補(bǔ)償信號(hào)時(shí)的實(shí)驗(yàn)效果圖（負(fù)載參考電壓由24V跳變到48V);
[0034] 圖15引入補(bǔ)償技術(shù)時(shí)的實(shí)驗(yàn)效果圖（負(fù)載參考電壓由24V跳變到48V);
[0035] 圖16系統(tǒng)從加入補(bǔ)償信號(hào)到不加入補(bǔ)償信號(hào)時(shí)的實(shí)驗(yàn)效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：
[0037] 本實(shí)施例將根據(jù)本發(fā)明的具體方法W及步驟，在真實(shí)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，給出運(yùn)種抑 制諧振方法的具體內(nèi)容。并通過(guò)理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明此方法的可行性與有效性。 [00測(cè)一、系統(tǒng)建模
[0039] 本發(fā)明所針對(duì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)由主電源、LC低通濾波器、DC-DC變換器 和負(fù)載四部分組成。主電源由交流電源和整流器組成，交流電源可W是飛機(jī)Ξ級(jí)發(fā)電系統(tǒng) 的后級(jí)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、交流微電網(wǎng)等。為了簡(jiǎn)化分析，將主電源等效成一個(gè)恒壓直流電源。 DC-DC變換器采用Boost變換器，它具有典型的非線性特性。系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示?？?制系統(tǒng)由雙閉環(huán)反饋控制和基于輸入濾波器諧振頻率處的高頻電感電流前饋補(bǔ)償兩部分 組成。
[0040] 1.1 4階Boost變換器建模
[0041] 4階Boost變換器拓?fù)鋱D如圖2所示.Vs為系統(tǒng)的輸入電壓，Vref為系統(tǒng)給定電壓，Vin 為輸入濾波器電容電壓，系統(tǒng)輸出電壓Vout，負(fù)載功率P，LC濾波器參數(shù)分別為L(zhǎng)f、Rf、Cf， Boost變換器參數(shù)分別為L(zhǎng)、C、R。
[0042] 根據(jù)基爾霍夫定律，LC濾波器的電感電流和電容電壓可W描述為：
[0043]
")
[0044] Boost變換器的電感電容方程為：
[0045]
巧）
[0046] 1.2雙閉環(huán)反饋控制建模
[0047] 系統(tǒng)采用雙閉環(huán)反饋控制策略。其中ΚρΕ KiE Kpi Kii分別為外環(huán)和內(nèi)環(huán)的PI參數(shù)。
[0048] 外環(huán)產(chǎn)生內(nèi)環(huán)電流參考信號(hào)，控制策略：
[0054]參考電流與Boost變換器電感電流比較進(jìn)而產(chǎn)生反饋控制信號(hào)山：
[005引 山=1^(1始-10+1(11.51 (6)
[0056] 1.3前饋補(bǔ)償控制建模
[0057] 為了抑制系統(tǒng)諧振，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種基于輸入濾波器諧振頻率處的高頻電流的 前饋補(bǔ)償方法。通過(guò)一個(gè)高通濾波器