一种具有二次波动功率解耦的单相AC/DC变换器及其控制方法

摘要

本发明公开了一种具有二次波动功率解耦的单相AC/DC变换器及其控制方法，该变换器包括网侧变压器、网侧滤波器、H桥电路及功率解耦电路；所述网侧滤波器包括滤波电感L₂和滤波电容C₂；所述功率解耦电路包括一个储能电感L₁、开关器件S5及续流二级管D1。该单相AC/DC变换器的直流侧有两个端子P、N，两个端子之间跨接电容C₁；所述H桥电路中连接开关器件S3和S4的第二桥臂的中点B通过储能电感L₁与开关器件S5的发射极、续流二极管D1的阴极相连。该变换器直流侧只需要安装较小容量的电容器C₁，从而省去了传统方案中必须安装的体积巨大而且寿命较短的大容量电解电容，由于该变换器的控制方法采用直流侧电压环以及相应电流环的双闭环控制，使得这种AC/DC变换器的直流侧电压具有快速精确的跟踪能力。

主权项

一种具有二次波动功率解耦功能的单相AC/DC变换器的控制方法，其特征在于，采用一种具有二次波动功率解耦功能的单相AC/DC变换器，该变换器包括依次相连的网侧变压器(1)、网侧滤波器(2)、H桥电路(3)及功率解耦电路(4)；网侧变压器(1)与电网相连，功率解耦电路(4)与直流负载相连；所述网侧滤波器(2)包括滤波电感L₂和滤波电容C₂；滤波电容C₂与网侧变压器(1)的原边并联；所述功率解耦电路(4)包括一个储能电感L₁、开关器件S5及续流二级管D1；开关器件S5的集电极接直流负载的正极，开关器件S5的发射极与续流二极管D1的阴极相连，储能电感L₁的第一端连接续流二极管D1的阴极；续流二极管D1的阳极接直流负载的负极；该单相AC/DC变换器的直流侧并联有电容C₁；所述H桥电路由开关器件S1、开关器件S2、开关器件S3和开关器件S4组成，开关器件S1的发射极与开关器件S2的集电极相连构成第一桥臂，开关器件S3的发射极与开关器件S4的集电极相连构成第二桥臂，第一桥臂和第二桥臂均与直流负载并联，即开关器件S3和开关器件S1的集电极相连且连接到直流负载的正极，开关器件S4和开关器件S2的发射极极相连且连接到直流负载的负极；开关器件S3的发射极B点接储能电感L₁的第二端；开关器件S3的发射极连接网侧变压器(1)原边的一端，开关器件S1的发射极经所述的滤波电感L₂接网侧变压器(1)原边的另一端；并按照以下步骤对所述的单相AC/DC变换器的直流侧电压进行控制：步骤1：信号采集，采集交流侧输入电压u_g和交流侧输入电流i_g，直流侧电压u_dc以及储能电感电流i_Lc，采集的信号经模数转换处理后输入到DSP处理器；步骤2：对采集的3路信号进行判断，若任一路信号的信号值超过额定值，则实施PWM信号封锁，否则转入步骤3；所述PWM信号封锁是指所有开关管的开关信号给0，使所有开关管处于关断状态；其中，所述3路信号为交流侧输入电流i_g、直流侧电压u_dc以及储能电感电流i_Lc；交流侧输入电流i_g与电感L₂或开关管的额定电流值相比较，直流侧电压u_dc与电容C₁的额定电压值相比较，储能电感电流i_Lc与电感L₁的额定电流值相比较；步骤3：采用电网电压锁相环算法，以交流侧输入电压作为输入量，与上一个中断周期求出的交流侧输入电压相位的正弦值相乘后通过一个100Hz陷波器，以滤除其中的二次分量，滤波后的结果通过一个PI调节器，调节器输出电压的相位信号；该相位信号作为当前中断周期中储能电感指令电流计算的输入参数之一；步骤4：计算储能电感指令电流，依据得出的储能电感指令电流以及交流侧输入电流对电流环进行闭环控制，其中储能电感指令参考电流和交流侧输入参考电流为给定值，储能电感指令电流和交流侧输入电流为反馈值；利用直流电压环PI控制器对直流侧电压进行闭环控制，其中，直流侧参考电压为给定值，直流侧电压为反馈值；步骤5：利用DSP处理器计算开关信号的占空比，把开关信号传输给驱动电路，并通过载波调制方法和PWM产生电路形成PWM信号去控制开关管的通断，控制单相AC/DC变换器的直流侧电压跟踪电压侧参考电压给定值。