[發明專利]一種用于大功率開關電容變換器變頻單周期控制方法

有效

• 申請號: 201710818644.5
• 申請日: 2017-09-12
• 公開（公告）號: CN107612314B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: 楊磊;吳斌;同向前;宋輝;劉普
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07;H02M1/08
• 代理公司: 61214 西安弘理專利事務所
• 代理人: 楊璐

1.一種用于大功率開關電容變換器變頻單周期控制方法，其特征在于，具體按照以下方法實施：

基于電容充電和放電的實時安秒平衡法則，在一個周期T_s＝t_on+t_off內，電容C_1b的充電電量和放電電量守恒，其表達式如下：

Q_charge+Q_discharge＝I_ch(t)t_on+I_o(t)(t_on+t_off) (1)；

式(1)中：I_ch(t)是電容C_1b的實時充電電流，I_o(t)是開關電容變換器的實時輸出電流，t_on和t_off分別是電容C_1b的充電時間和放電時間；

當開關管S₁開啟，開關管S₂關斷，在t_on充電時間段內，電容C_1b的充電電量表示為如下形式：

式(2)中：V_in是輸入電壓，V_c1b(t)是電容C_1b的實時充電電壓，R_S1是開關管S₁的等效導通電阻，R_d1b為二極管D_1b的等效導通電阻，R_c1b為電容C_1b的等效內阻；

在一個周期內T_S＝(t_on+t_off)內，開關電容C_1b總的放電電量能表示為如下形式：

式(3)中：I_o(t)為開關電容變換器的實時輸出電流，V_C2a(t)為電容C_2a的實時放電電壓，V_C2b(t)為電容C_2b的實時放電電壓，R_C2(a)為電容C_2a的等效內阻，R_C2(b)為電容C_2b的等效內阻；

在一個周期內，電容C_1b的實時安秒平衡公式能表示為如下形式：

式(4)中，用參考電壓V_ref代替(V_in+V_C2a(t)+V_C2b(t))，令和基于電容C_1b實時安秒平衡法則所得到的開關管S₁控制信號U_S1的模型能表示為如下形式：

利用同樣原理，基于電容C_1a實時安秒平衡法則所得到的開關管S₂控制信號U_S2的模型表示為如下形式：

式(6)中：T_s為雙開關升壓開關電容變換器的一個單周期時間，β₁和β₂為常數值；

開關管S₂的控制信號U_S2為開關管S₁控制信號U_S1的非，即：

根據所述式(5)能建立一個控制電路，該控制電路主要由可重置的積分器、一個比較器、一個D觸發器、一個單穩態多諧振蕩器、兩個減法器以及電阻和電容組成；

所述D觸發器的S輸入端口和R輸入端口分別接時鐘信號和比較器的輸出端；

所述單穩態多諧振蕩器用來產生固定的導通時間t_on。

2.根據權利要求1所述的一種用于大功率開關電容變換器變頻單周期控制方法，其特征在于，所述控制電路的運行方法具體如下：

在一個周期開始時，固定占空比恒定頻率的時鐘信號Clock設置D觸發器的Q_D端輸出信號為高，即Q_D＝1，端輸出信號為低，即

當D觸發器的輸出信號Q_D的下降沿出現時，反饋控制回路中的單穩態多諧振蕩器將會生成一個固定脈沖寬度的控制信號U_s1，恒定的導通時間為t_on；固定脈沖寬度的控制信號U_S1將導通雙開關升壓開關電容變換器的開關管S₁，此時，控制信號U_S1的互補控制信號U_S2為低電平，雙開關升壓開關電容變換器的開關管S₂和可復位積分器的開關管W₁保持關斷，在開關管S₁導通的t_on時間段內，電容C_1b的充電電流I_ch(t)在可復位積分器持續積分，同時，電容C_1a對電容C_2a進行放電；當t_on結束時，單穩態多諧振蕩器一個輸出端口置零，即U_S1＝0，其另一輸出端口為高，即U_S2＝1，D觸發器的Q_D端輸出信號為低，即Q_D＝0，端輸出信號為高，即開關管S₁關斷；在此時，積分器復位開關W₁開啟，積分器置零；同時，控制信號U_S2導通開關管S₂，輸入電源開始對電容C_1a進行充電，同時，電容C_1b對電容C_2b進行放電；在t_off時間段內，當開關電容C_1b總的放電電量Q_discharge＝I_o(t)(t_on+t_off)等于負的充電電量-Q_charge＝-I_ch(t)t_on時，比較器的狀態從高降為低；當下一個時鐘信號到來時，D觸發器將會被重新置高并開始新的周期。