[發(fā)明專利]一種快速隔離斷路器及其控制算法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811217472.7
• 申請(qǐng)日: 2018-10-18
• 公開（公告）號(hào): CN109951098A
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮申;李廷會(huì);廖志賢;田宇;冼業(yè)泰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣西師范大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M7/797
• 分類號(hào): H02M7/797
• 代理公司: 北京匯捷知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11531
• 代理人: 于鵬

1.一種快速隔離斷路器，其特征在于：包括EMI濾波電路、整流電路、全橋電路拓?fù)潆娐贰⑤敵鰹V波電路、電壓電流采集電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、驅(qū)動(dòng)電路、PWM產(chǎn)生電路、母線電壓檢測電路、零極點(diǎn)補(bǔ)償電路Ⅰ、PFC電路、零極點(diǎn)補(bǔ)償電路Ⅱ、除法器電路、零極點(diǎn)補(bǔ)償電路Ⅲ和控制電路；

所述整流電路的輸入端與電源輸入端連接，所述整流電路的輸出端與全橋電路拓?fù)潆娐返妮斎攵诉B接，所述全橋電路拓?fù)潆娐返妮敵龆伺c輸出濾波電路連接，所述EMI濾波電路設(shè)置在整流電路的輸入端，所述電壓電流采集電路的采集端與整流電路的輸入端連接，所述驅(qū)動(dòng)電路與全橋電路拓?fù)潆娐愤B接，所述PWM產(chǎn)生電路的輸出端與驅(qū)動(dòng)電路連接，所述母線電壓檢測電路的采集端與輸出濾波電路的輸出端連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸入端與電壓電流采集電路和母線電壓檢測電路連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸出端分別與零極點(diǎn)補(bǔ)償電路Ⅰ、PFC電路和零極點(diǎn)補(bǔ)償電路Ⅱ連接，所述零極點(diǎn)補(bǔ)償電路Ⅰ經(jīng)PFC電路與零極點(diǎn)補(bǔ)償電路Ⅱ連接，所述零極點(diǎn)補(bǔ)償電路Ⅱ、除法器電路和零極點(diǎn)補(bǔ)償電路Ⅲ均與PWM產(chǎn)生電路連接，所述控制電路分別與EMI濾波電路、零極點(diǎn)補(bǔ)償電路Ⅰ、PFC電路、零極點(diǎn)補(bǔ)償電路Ⅱ、除法器電路和零極點(diǎn)補(bǔ)償電路Ⅲ連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速隔離斷路器，其特征在于：所述整流電路由電感L1、L2組成，所述電感L1、L2分別連接在輸入端的正負(fù)極上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速隔離斷路器，其特征在于：所述全橋電路拓?fù)潆娐钒üβ书_關(guān)管Q1、Q2、Q3、Q4和功率二極管D1、D2、D3、D4，所述功率二極管D1并聯(lián)在功率開關(guān)管Q1的漏極和源極兩端，所述功率二極管D2并聯(lián)在功率開關(guān)管Q2的漏極和源極兩端，所述功率二極管D3并聯(lián)在功率開關(guān)管Q3的漏極和源極兩端，所述功率二極管D4并聯(lián)在功率開關(guān)管Q4的漏極和源極兩端，所述功率開關(guān)管Q1的源極與功率開關(guān)管Q2的漏極連接，所述功率開關(guān)管Q3的源極與功率開關(guān)管Q4的漏極連接，所述功率開關(guān)管Q1的漏極與功率開關(guān)管Q3漏極連接，所述功率開關(guān)管Q2的源極與功率開關(guān)管Q4源極連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速隔離斷路器，其特征在于：所述輸出濾波電路包括功率電感Lo、輸出電容Cr、LC和電阻R，所述功率電感Lo一端與橋電路拓?fù)潆娐愤B接，另一端均與輸出電容Cr、LC和電阻R的一端連接，所述輸出電容Cr、LC和電阻R并聯(lián)設(shè)置。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速隔離斷路器，其特征在于：還包括過零檢測電路，所述過零檢測電路的檢測端與整流電路的輸入端連接，所述過零檢測電路的輸出端與控制電路連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速隔離斷路器，其特征在于：所述電壓電流采集電路包括電壓采集電路和電流采集電路，所述電壓采集電路和電流采集電路的采集端均與整流電路的輸入端連接，輸出端均與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述的一種快速隔離斷路器的控制算法，其特征在于：包括如下步驟：

輸出電壓Uo，設(shè)置參考電壓Uref，輸出電壓Uo進(jìn)行外環(huán)電壓閉環(huán)，誤差為：

E(k)＝Uo-Uref(1)

2階零極點(diǎn)補(bǔ)償傳遞函數(shù)為：

即：u(k)＝b₀e(k)+b₁e(k-1)+b₂e(k-2)-a₁u(k-1)-a₂u(k-2) (3)

式中，a₁，a₂為補(bǔ)償器的極點(diǎn)補(bǔ)償，b₀，b₁，b₂為補(bǔ)償器的零點(diǎn)補(bǔ)償，u(k)是補(bǔ)償器當(dāng)前輸出值，u(k-1)是補(bǔ)償器上一次輸出值，u(k-2)是補(bǔ)償器上上次輸出值，e(k)是當(dāng)前誤差，e(k-1)是上一次誤差，e(k-2)是上上次誤差，

將(1)式帶入(3)式，可得到電壓外環(huán)輸出值

V_pfcout(k)＝b₀e(k)+b₁e(k-1)+b₂e(k-2)-a₁V_pfcout(k-1)-a₂V_pfcout(k-2) (4)

式中，a₁，a₂為補(bǔ)償器的極點(diǎn)補(bǔ)償，b₀，b₁，b₂為補(bǔ)償器的零點(diǎn)補(bǔ)償，V_pfcout(k)是電壓外環(huán)補(bǔ)償器當(dāng)前輸出值，V_pfcout(k-1)是電壓外環(huán)補(bǔ)償器上一次輸出值，V_pfcout(k-2)是電壓外環(huán)補(bǔ)償器上上次輸出值，e(k)是當(dāng)前電壓誤差，e(k-1)是上一次電壓誤差,e(k-2)是上上次電壓誤差，

將此電壓外環(huán)的輸出值V_pfcout(k)乘以輸入交流電壓采樣V_AC(k)，V_rms為輸出的交流電的均方根值，得到電流環(huán)的參考電流I_lref＝V_pfcout(k)*V_AC(k)/V_rms (5)

對(duì)此電流環(huán)閉環(huán)，采樣模塊采樣的電感電流為I_ac，電流環(huán)的誤差i(k)＝I_ac-I_lref (6)

電流環(huán)輸出的值即為占空比

duty(k)＝d₀i(k)+d₁i(k-1)+d₂i(k-2)-c₁duty(k-1)-c₂duty(k-2) (7)

式中，c₁，c₂為電流內(nèi)環(huán)補(bǔ)償器的極點(diǎn)補(bǔ)償，d₀，d₁，d₂為補(bǔ)償器的零點(diǎn)補(bǔ)償。duty(k)是當(dāng)前占空比，duty(k-1)是上一次占空比，duty(k-2)是上上次占空比，i(k)是當(dāng)前電流誤差，i(k-1)是上一次電流誤差，i(k-2)是上上次電流誤差，

調(diào)節(jié)補(bǔ)償器的零極點(diǎn)a,b,c,d即可對(duì)其傳遞函數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，

前置反饋開環(huán)所得的占空比

式中，Uref是參考電壓，V_AC(k)是采集的輸入交流電壓，

所得的占空比duty＝duty1+duty2,這樣，就能達(dá)到提高電路的PF值，從而實(shí)現(xiàn)PFC，提升了電路工作效率，將計(jì)算得到的duty傳給PWM電路，進(jìn)而控制開關(guān)管驅(qū)動(dòng)波形。