[發明專利]一種直流電源及其控制方法

在審

• 申請號: 201711222295.7
• 申請日: 2017-11-29
• 公開（公告）號: CN107733264A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 崔佳民;姚瑋
• 申請（專利權）人: 浙江水利水電學院
• 主分類號: H02M7/217
• 分類號: H02M7/217;H02M1/08;H02M3/335
• 代理公司: 北京市領專知識產權代理有限公司11590
• 代理人: 代平,王小磊

技術領域

本發明涉及電源技術領域，具體為一種直流電源及其控制方法。

背景技術

國內的高壓直流電源的發展是隨著制造技術的發展而發展的，60、70年代隨著半導體器件和可控硅的發展，可控硅調壓電源開始出現，到了80年代中期，可控硅調壓一般還是采用的模擬控制，此時的電源無論性能還是可靠性都已經比較成熟，同時也慢慢開始出現數字控制、單片機控制，1988年上海電阻廠第一臺微處理器處理的高壓直流電源在淮南電廠試車成功，到了90年代，經過這么多年的發展，我國高壓直流電源技術已經取得很大的進步，但是，我國高壓直流電源技術同國外相比還是有很大的差距，現在國內很多電源還是使用的線性電源，他們一般體積龐大、精度低、應用受限，即使少部分使用的開關電源，其紋波系數、電壓穩定性以及調節速度同國外電源相比仍有不小的差距，同時國內的高壓直流電源使用微控制器大多只用來控制屏幕顯示以及按鍵輸入，并未完全利用微處理器的控制功能，沒有實現真正的數字控制。

發明內容

本發明的目的在于提供一種直流電源及其控制方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種直流電源及其控制方法，所述直流電源包括AC-DC控制模塊和DC-DC控制模塊，且直流電源包括AC-DC控制模塊和DC-DC控制模塊電連接；

所述AC-DC控制模塊包括第一采集電路、第一DSP、IGBT開關、直流輸出模塊和第二采集電路，所述第一采集電路接收外界的220V的交流電，并把交流電的電流和電壓信號輸入到第一DSP，所述第一DSP對電流和電壓信號進行計算處理后發出PWM脈沖控制量控制IGBT開關連通，所述外界的220V交流電通過IGBT開關輸入到直流輸出模塊中，所述直流輸出模塊中包含有PWM整流器，PWM整流器把220V的交流電整流為720V的直流電，720V的直流電通過第二采集電路把電壓信號輸送到第一DSP中進行計算處理；

所述DC-DC控制模塊包括第二DSP、FPGA模塊、高壓輸出模塊和第三采集電路，所述PWM整流器整流后的直流電傳遞給高壓輸出模塊，所述高壓輸出模塊包括全橋逆變電路和倍壓整流電路，所述全橋逆變電路和倍壓整流電路把720V直流電轉化為-80KV的直流電壓，-80KV的直流電壓通過第三采集電路輸送電壓信號給第二DSP中進行計算處理，所述第二DSP處理后發出PWM脈沖控制量給FPGA模塊，FPGA模塊對DC-DC控制模塊的電路進行監控，保障PWM脈沖寬度值，所述FPGA模塊把PWM脈沖控制量傳輸給高壓輸出模塊，通過第二DSP發出的PWM脈動控制量來控制高壓輸出模塊輸出電壓的平穩性。

第一DSP和第二DSP中涉及的計算處理利用其內部的數據處理模塊實現，AC-DC控制模塊為雙環控制，包含電流內環控制和電壓外環控制，DC-DC控制模塊為單一閉環控制，AC-DC控制模塊對交流側電流、電壓進行采集，然后經過abc-dq坐標變換為只包含直流分量的dq坐標值，此值為電流內環PI調節器的目標值，同時采集直流側電壓值經過電壓外環的PI調節器計算以后得到電流內環的PI控制的反饋值，然后電流內環PI調節器根據輸入目標值和反饋值輸出控制值，再把控制值經過dq-abc坐標變換轉變為abc坐標值，DC-DC模塊只包含單一閉環控制，采集到高壓直流輸出的電壓值，然后和目標設定值比較經過PI調節器計算以后，輸出控制值；

上述所述的PI調節器的微積分方程為：

公式1中Kp——比例系數，T——時間積分常數；

將公式(1)離散化的微分方程為：

第一DSP和第二DSP利用公式(2)就可以通過有限次乘法和加法實現PI調節器功能；

AC-DC控制模塊的電路中含有SPWM整流器，使用SPWM整流器采用雙極性調節的方式，把第一DSP或第二DSP產生的高頻的三角波和電流的正弦波進行調制產生PWM波，DSP產生的三角載波都是在x軸上方，調制波是關于x軸對稱，為了實現調制，把調制波整體平移到x軸上方，以實現和三角載波調制而產生PWM波，在第二DSP中，DC-DC控制模塊的脈沖波形實現方式和AC-DC控制模塊的脈沖波形實現方式相似，只是在觸發中斷后，更新的值為脈沖波形的頻率值。