[發(fā)明專利]三相單級(jí)隔離AC-DC變換器、雙環(huán)控制系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910429965.5
• 申請(qǐng)日: 2019-05-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110112935B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張承慧;宋金秋;段彬;丁文龍;楊東江;白浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M7/12
• 分類號(hào): H02M7/12;H02M1/14;H02M1/44
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 楊曉冰

1.一種新型三相單級(jí)隔離AC-DC變換器，其特征是，包括前級(jí)PFC電路和后級(jí)LLC電路；

所述前級(jí)PFC電路包括三相電源和三相全控整流橋，所述三相電源的一端相并聯(lián)，所述三相電源的另一端分別通過(guò)濾波電感與三相全控整流橋的一橋臂中點(diǎn)連接；

所述后級(jí)LLC電路包括至少三個(gè)濾波隔離臂和三相不控整流橋，所述濾波隔離臂的一端與三相全控整流橋的一橋臂中點(diǎn)連接，另一端與三相不控整流橋的一橋臂中點(diǎn)連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型三相單級(jí)隔離AC-DC變換器，其特征是，所述前級(jí)PFC電路還包括直流濾波電容，所述直流濾波電容與三相全控整流橋的各橋臂兩端并聯(lián)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型三相單級(jí)隔離AC-DC變換器，其特征是，所述濾波隔離臂包括二階高通濾波器和變壓器，所述二階高通濾波器的一端與三相全控整流橋的一橋臂中點(diǎn)連接，另一端與變壓器的初級(jí)線圈一端連接，所述變壓器的次級(jí)線圈一端與三相不控整流橋的一橋臂中點(diǎn)連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型三相單級(jí)隔離AC-DC變換器，其特征是，所述后級(jí)LLC電路還包括二階低通濾波器，所述二階低通濾波器與三相不控整流橋的各橋臂兩端并聯(lián)。

5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的新型三相單級(jí)隔離AC-DC變換器的工作方法，其特征是，該方法包括：

三相電源分別經(jīng)濾波電感輸入三相全控整流橋的三個(gè)橋臂，三相全控整流橋在SPWM調(diào)制下高頻工作，將輸入的三相電源斬波形成高頻電壓脈沖，高頻電壓脈沖經(jīng)二階高通濾波器濾除高頻電壓脈沖中的低頻分量后，經(jīng)變壓器傳送給三相不控整流橋，三相不控整流橋輸出的電壓脈沖經(jīng)過(guò)二階低通濾波器濾除高頻分量后輸出。

6.一種基于電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)相結(jié)合的雙環(huán)控制系統(tǒng)，其特征是，該系統(tǒng)包括權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的新型三相單級(jí)隔離AC-DC變換器、電壓外環(huán)電路和電流內(nèi)環(huán)電路；

新型三相單級(jí)隔離AC-DC變換器輸出電壓依次經(jīng)過(guò)電壓外環(huán)電路PI控制和電流內(nèi)環(huán)電路準(zhǔn)PR控制、SPWM調(diào)制后，輸出PWM波形至新型三相單級(jí)隔離AC-DC變換器的開(kāi)關(guān)管。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)相結(jié)合的雙環(huán)控制系統(tǒng)，其特征是，所述電壓外環(huán)電路包括第一比較器、PI控制器、歸一化處理器和至少三個(gè)乘法器；

新型三相單級(jí)隔離AC-DC變換器的輸出電壓與期望的直流側(cè)參考電壓經(jīng)過(guò)第一比較器做差后，得到的電壓差值經(jīng)過(guò)PI控制器后分別輸入三個(gè)乘法器，三相電網(wǎng)電壓經(jīng)過(guò)歸一化處理器處理后分別輸入三個(gè)乘法器，電壓差值與歸一化處理后的三相電網(wǎng)電壓分別經(jīng)過(guò)三個(gè)乘法器相乘后輸出至電流內(nèi)環(huán)電路。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)相結(jié)合的雙環(huán)控制系統(tǒng)，其特征是，所述電流內(nèi)環(huán)電路包括至少三個(gè)第二比較器、至少三個(gè)準(zhǔn)PR控制器和SPWM調(diào)制器，三相電網(wǎng)電流和電壓外環(huán)電路輸出的乘積經(jīng)過(guò)第二比較器做差后，得到的差值經(jīng)過(guò)準(zhǔn)PR控制器后輸入SPWM調(diào)制器，經(jīng)過(guò)SPWM調(diào)制器調(diào)制后得到PWM波形，所述SPWM調(diào)制器輸出PWM波形驅(qū)動(dòng)新型三相單級(jí)隔離AC-DC變換器的三相全控整流橋開(kāi)關(guān)管。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)相結(jié)合的雙環(huán)控制系統(tǒng)，其特征是，所述準(zhǔn)PR控制器的傳遞函數(shù)為：

其中，K_p為比例系數(shù)，K_R為諧振系數(shù)，ω_o＝2πf_o為基波角頻率，ω_c為-3dB截止頻率。

10.一種基于電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)相結(jié)合的雙環(huán)控制方法，該方法是基于權(quán)利要求6至9中任一項(xiàng)所述的基于電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)相結(jié)合的雙環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，其特征是，該方法包括以下步驟：

(1)采樣新型三相單級(jí)隔離AC-DC變換器的輸出電壓V_o；

(2)將輸出電壓V_o與期望的參考電壓V_{o_ref}做差，得到二者的電壓差值，對(duì)電壓差值進(jìn)行PI控制；

(3)采樣三相電網(wǎng)電壓，并對(duì)其進(jìn)行歸一化處理；

(4)將步驟(2)得到的值與歸一化處理后的三相電網(wǎng)電壓分別相乘；

(5)采樣三相電網(wǎng)電流，將步驟(4)得到的乘積與采樣得到的三相電網(wǎng)電流分別作差，得到的差值經(jīng)過(guò)PR控制和SPWM調(diào)制后，得到PWM波形；

(6)利用PWM波形驅(qū)動(dòng)新型三相單級(jí)隔離AC-DC變換器的開(kāi)關(guān)管。