[發明專利]一種直流環節的有源濾波器的控制方式

有效

• 申請號: 201510364986.5
• 申請日: 2015-06-29
• 公開（公告）號: CN104993470B
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發明（設計）人: 何婕秀;阮新波;杜方軍;黃新澤
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02J1/02
• 分類號: H02J1/02
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所32237
• 代理人: 賀翔

技術領域

本發明涉及一種直流環節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

在功率電子變換器領域，很多場合中都需要抑制直流環節中的電壓脈動和電流脈動。例如，固態雷達發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，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，與系統整體壽命不匹配。根據以上的分析，對于在直流環節中用于承擔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。

通過在直流環節并聯有源濾波器，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，從而使其提供系統中的低頻脈動功率，起到減小直流母線電容的目的。

對于采用Buck/Boost雙向變換器的有源濾波器，當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控制，電流內環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對其進行控制。已有的方案為控制輸出電壓的平均值，即采樣輸出電壓，與平均值基準進行比較，得到的電壓誤差經過電壓調節器之后疊加到采樣得到的低頻脈動電流信號上，作為電流內環的給定。當變換器負載降低時，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損耗，影響變換器輕載時的效率。另外，由于電壓外環帶寬較低，使得變換器的動態響應較慢，在負載為低頻脈動形式的應用場合，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。

發明內容

本發明的目的是針對并聯在直流環節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載時輸出電壓的動態跌落。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種直流環節的有源濾波器的控制方式，

有源濾波器采用雙閉環控制，電流內環跟蹤所需濾除的低頻脈動電流，電壓外環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進行比較后，產生誤差信號送入電壓調節器；

利用電流采樣電路檢測有源濾波器直流環節中的電流，濾除其直流分量后，與電壓調節器的輸出信號經過加法電路相加，產生電流內環的基準信號；

檢測有源濾波器的輸入電流，與電流基準信號進行比較，產生誤差信號送入電流調節器，從而得到調制信號；將調制信號送入PWM調制電路，并通過驅動電路得到開關管的驅動信號。

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。

所述Buck/Boost雙向變換器具體包括電感、兩個開關管、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管的一端；其中第一開關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，所述第二開關管的另一端連接儲能電容的另一端。

該有源濾波器并聯在常規供電電路的主變換器直流環節，用來減小直流環節所需的濾波電容的電容值。

當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。