[發明專利]一種提升電感負載電流動態響應速度的電路及控制方法

有效

• 申請號: 202111542310.2
• 申請日: 2021-12-16
• 公開（公告）號: CN114337260B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 王平;武超;李劍;羅辭勇;李錫濤;李倩文;梁家祺;王慧悅;閻鑫龍;陳靖翰;曾靜雅;沈悅
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H02M3/155
• 分類號: H02M3/155;H02M3/156;H02M3/158
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 廖曦

本發明涉及一種提升電感負載電流動態響應速度的電路及控制方法，屬于電力電子技術領域；該電路主要包括半橋式電容充放電電路、電感負載、主回路開關管和二極管；半橋式電容充放電電路包括開關管、儲能電容、穩壓TVS二極管、電感和續流二極管；本發明利用儲能電容為媒介，通過對開關管的控制，使得儲能電容通過反復充放電，提高電感負載端電壓，從而提升電感負載的電流上升速度；在電感負載電流快速下降階段，通過改變電感負載的電流路徑，對電源和儲能電容充電，從而提高電感負載電流的下降速度；在恒流穩態控制階段，通過調節開關管的占空比，實現電感負載電流的穩態控制；本發明電路能夠顯著改善電感負載電流的動態響應速度。

技術領域

本發明屬于電子電路技術領域，涉及一種提升電感負載電流動態響應速度的電路及控制方法。

背景技術

目前，電機工作磁場的產生主要有兩種方案。一種是由永磁體產生，另一種則是通過電電感負載來產生磁場。相比來說，電感負載磁場大小可控，且不易出現磁飽和現象。電感負載電流是電感負載同步電機中轉子流過的電流，為同步發電機或者同步電動機提供工作磁場。電感負載系統中，這個電流是由外加在同步電機轉子上的電壓產生的。對于同步電機來說，電感負載電流的上升速度直接決定了同步電機的暫態穩定性。現代的電感負載系統均采用電感負載調節器對電感負載電流進行控制，提升電機性能。

電感負載電流的上升速度主要依賴與轉子的時間常數和電感負載電壓。近幾年來，一些廠家和研究機構通常采用全橋式電感負載方法，可以使電感迅速放電，但是不能有效提升電感負載電流的上升速度。此外，還有通過boost電路提高電感負載電壓的方案，但是boost電路的電流輸出能力有限，同樣制約了電感負載電流的上升速度。而當轉子結構固定之后，轉子等效電阻電感都被確定，難以通過改變轉子時間常數的方法提高電感負載電流動態響應速度。

電感負載電流控制的關鍵因素在于提高電感負載電壓或者說提高電感負載電源的能量傳遞到電感上的速度。目前使用的一些電路拓撲和控制方法仍然面臨這很多問題，在實際的電機控制系統應用中，研究一套動態響應快、工作穩定、能耗低、成本低的電感負載電流控制系統成為目前應用中的迫切需求。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種提升電感負載電流動態響應速度的電路及控制方法，實現電感負載電流的快速上升、穩定、下降。解決傳統電感負載控制系統電感負載電流的動態響應慢的問題，有效提高電感負載電流控制系統的動態響應速度，以較少的器件實現了對電感負載電流的最優控制和對電感負載能量的回收。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種提升電感負載電流動態響應速度的電路，其特征在于，該電路包括半橋式電容充放電電路、電感負載、開關管Q3～Q4和二極管D1～D3；所述半橋式電容充放電電路包括開關管Q1～Q2，以及儲能電容C1、穩壓TVS二極管、電感L2和續流二極管D4；所述電感負載等效為串聯的電阻R1和電感L1；

所述開關管Q1、開關管Q2和電感L2依次串聯；所述續流二極管D4并聯在電感L2兩端，且正極接地；所述二極管D1、開關管Q3、電感負載(即R1和L1)、開關管Q4依次串聯；所述二極管D3并聯在電感負載和開關管Q4的兩端，且正極接地；所述儲能電容C1和穩壓TVS二極管并聯，一端與開關管Q1和開關管Q2的連接點連接，另一端與二極管D2負極，以及二極管D1和開關管Q3的連接點連接；所述二極管D2正極與電感負載和開關管Q4的連接點連接；所述開關管Q1的一端和二極管D1的正極均連接至電源正極；

該電路由開關管Q3～Q4實現對電感負載電流的開關控制；由二極管D1～D3配合開關管實現對電感負載電流方向的控制。