[發明專利]電容電流雙頻率脈沖序列控制方法及其裝置

有效

• 申請號: 201711264863.X
• 申請日: 2017-12-05
• 公開（公告）號: CN107769606B
• 公開（公告）日: 2023-10-20
• 發明（設計）人: 周述晗;周國華;徐順剛;王悅;葉馨
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H02M9/04
• 分類號: H02M9/04
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 曹少華

技術領域

本發明涉及電力電子設備，尤其是一種電容電流雙頻率脈沖序列控制方法及其裝置。

背景技術

相對于傳統的線性穩壓電源，開關變換器因體積小、重量輕和效率高等優異性能得到廣泛應用。目前，開關變換器普遍采用脈沖寬度調制(Pulse Width Modulation，PWM)和脈沖頻率調制(Pulse Frequency Modulation，PFM)技術來實現對輸出電壓的控制。PWM調制技術通過調整控制脈沖的寬度以實現對輸出電壓的控制，是一種恒定頻率的控制方法，具有反饋控制環路設計簡單的優點，但存在輕載效率低、動態響應速度慢、電磁干擾(Electromagnetic Interference，EMI)嚴重等缺點；PFM調制技術通過改變控制脈沖的頻率以實現對輸出電壓的控制，它有效解決了輕載效率低的問題，但由于開關頻率隨輸入電壓或負載的改變而變化，因而增加了反饋控制環路和EMI濾波器的設計難度。

脈沖序列(Pulse Train，PT)調制是一種與PWM和PFM完全不同的調制方法，它通過調整兩組頻率相同、占空比不同的高低控制脈沖組合方式來實現對變換器的調節，是一種非線性離散調制方法。PT調制不需要誤差放大器及相應的補償網絡，具有控制器實現簡單、對輸入和負載的變化動態響應速度快等優點，已引起學術界和工業界的廣泛關注。當PT控制變換器工作在電感電流斷續導電模式(Discontinuous conduction mode，DCM)時，電感電流在一個開關周期起始時刻始終為零，因而電感儲能變化量為零，電感不影響能量傳遞過程，但DCM開關變換器的帶載能力有限，電感電流峰值較高且輸出電壓紋波較大。當PT控制變換器工作在電感電流連續導電模式(Continuous conduction mode，CCM)時，若電感電流在一個開關周期起始時刻不相等，則電感儲能變化量不為零，電感將參與能量傳遞過程。因此，電感儲能變化量間接影響了PT控制CCM開關變換器的輸出電壓，使控制器對輸出電壓的調節具有滯后性,導致開關變換器出現低頻振蕩現象且瞬態響應速度較慢。

針對PT控制CCM開關變換器存在低頻振蕩問題，已有學者提出谷值電流PT控制方法、電容電流PT控制方法等。穩態時，這些控制方法的脈沖序列循環周期由多個高脈沖和多個低脈沖組成，電感電流和輸出電壓紋波大，影響變換器的穩態性能。

發明內容

本發明的目的是提供一種開關變換器的控制方法，使之克服現有脈沖序列控制工作在電感電流連續導電模式時的技術缺點，具有穩態時脈沖序列循環周期恒為“1高脈沖+1低脈沖”的組合方式，電感電流、輸出電壓穩態紋波小，穩定性和抗干擾能力強，負載瞬態性能好等優點，適用于多種拓撲結構的開關變換器。

本發明實現其發明目的所采用的技術方案是：

電容電流雙頻率脈沖序列控制方法，在每個開關周期開始時刻，檢測輸出電壓，得到信號V_o，檢測輸出濾波電容的電流，得到信號i_c；將V_o、開關管脈沖信號V_P和輸出電壓基準值V_ref送入到第一脈沖選擇器PS1產生脈沖信號SS和SS1；將SS和第一脈沖產生器PGH產生的脈沖信號VH1送入到第一受控恒定時間計時器CT1產生信號HH；將i_C、HH和第一電容電流基準值I_ref1送入到第一脈沖產生器PGH產生脈沖信號VH和VH1；將SS1和第二脈沖產生器PGL產生的脈沖信號VL1送入到第二受控恒定時間計時器CT2產生信號LL；將i_C、LL和第二電容電流基準值I_ref2送入到第二脈沖產生器PGL產生脈沖信號VL和VL1；將VH、VL、SS和SS1送入到第二脈沖選擇器PS2產生脈沖信號V_P，用以控制變換器開關管的導通和關斷。

進一步的，所述第一電容電流基準值I_ref1為預設的電容電流基準值，是直接設定的電容電流峰值或由輸入、輸出反饋量產生的與輸入量或輸出量有關的電容電流峰值。

所述第二電容電流基準值I_ref2為預設的電容電流基準值，是直接設定的電容電流谷值或由輸入、輸出反饋量產生的與輸入量或輸出量有關的電容電流谷值。