[發明專利]功率變換器控制系統

有效

• 申請號: 201680019359.0
• 申請日: 2016-04-06
• 公開（公告）號: CN107438931B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 比諾德·庫馬爾·阿格拉沃爾;約翰·穆肯
• 申請（專利權）人: 克利公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02M3/156;H02M3/157;G05F3/08
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 梁麗超;田喜慶

一種用于功率變換器的控制系統包括數字參考信號發生器、第一比例積分(PI)控制器、第二PI控制器和二極管。數字參考信號發生器被配置為在最大峰值功率跟蹤(MPPT)操作模式和輸出電壓控制操作模式下操作。在MPPT操作模式下，數字參考信號發生器被配置為接收提供至功率變換器的輸入電壓和輸入電流并且基于該輸入電壓和輸入電流提供輸入電壓參考信號。在輸出電壓控制操作模式下，數字參考信號發生器被配置為提供恒定的輸入電壓參考信號。

技術領域

本公開涉及功率變換器控制系統，并且具體地，涉及模擬與數字混合的功率變換器控制系統。

背景技術

存在可與功率變換器一起使用的幾個不同類型的控制系統。用于功率變換器的一個常用類型的控制系統是峰值電流模式(PCM)控制系統，其通常利用模擬部件將控制信號提供至功率變換器使達到期望的輸出性能。盡管在許多應用中通常有效，但是當利用諸如可再生能源(例如，光電池、燃料電池和風力發電機)的可變電源時難以應用PCM控制系統。因此，已經在這些應用中代替PCM控制系統利用了最大峰值功率跟蹤(MPPT)控制系統。

由于在MPPT控制系統中執行的計算的性質，這種控制系統經常在諸如微處理器和/或數字信號處理器(DSP)的數字系統中實施。通常，MPPT控制系統使用擾動觀察控制方案以便將控制信號提供至功率變換器，使得在功率變換器的輸出端處達到最大可能的功率量。然而，當與常規的模擬控制系統相比時，數字(例如，基于DSP的)MPPT控制系統對于諸如負荷阻抗變化的外部事件通常遭受減少的帶寬和相對緩慢的瞬態反應時間。進一步地，與常規的模擬控制系統相比，數字MPPT控制系統在設計和實施方面相對耗費時間。

因此，存在對能夠實施MPPT控制方案而同時包含改善的瞬態反應時間和寬帶寬的用于功率變換器的控制系統的需要。

發明內容

本公開涉及功率變換器控制系統，并且具體地，涉及被配置用于與一個或多個可再生能源一起使用的模擬與數字混合的功率變換器控制系統。在一個實施方式中，用于功率變換器的控制系統包括數字參考信號發生器、第一比例積分(PI)控制器、第二PI控制器和二極管。數字參考信號發生器被配置為在最大峰值功率跟蹤(MPPT)操作模式和輸出電壓控制操作模式下操作。在MPPT操作模式下，數字參考信號發生器被配置為接收提供至功率變換器的輸入電壓和輸入電流，并且基于該輸入電壓和輸入電流提供輸入電壓參考信號。在輸出電壓控制操作模式下，數字參考信號發生器被配置為提供恒定的輸入電壓參考信號。第一PI控制器耦接至數字參考信號發生器的輸出端并且被配置為接收輸入電壓參考信號和輸入電壓。進一步地，第一PI控制器被配置為基于輸入電壓參考信號和輸入電壓在第一PI控制器輸出端提供第一PI控制信號。第二PI控制器被配置為接收恒定的輸出電壓參考信號和來自功率變換器的輸出電壓，并且基于恒定的輸出電壓參考信號和輸出電壓在第二PI控制器輸出端提供第二PI控制信號。二極管包括耦接至第一PI控制器輸出端的陽極和耦接至第二PI控制器輸出端的陰極，使得二極管的陽極形成控制系統輸出端。通過使用如上所述的數字參考信號以及第一PI控制器和第二PI控制器，可以通過控制系統實現數字和模擬控制的組合，從而增加與功率變換器控制系統一起使用的功率變換器的性能。

在一個實施方式中，數字參考信號發生器被進一步配置為從功率變換器接收輸出電壓，并且基于輸出電壓和當前選擇的數字參考信號發生器的操作模式而在MPPT操作模式與輸出電壓控制操作模式之間進行選擇。

在一個實施方式中，在數字參考信號發生器的MPPT操作模式下，二極管被反向偏置使得在控制系統輸出端提供第一PI控制信號。進一步地，在輸出電壓控制操作模式下，二極管被正向偏置使得在控制系統輸出端提供第二PI控制信號。