專利名稱：帶有前饋補(bǔ)償控制功能的諧振半橋功率變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型帶有前饋補(bǔ)償控制功能的諧振半橋功率變換器屬于功率開(kāi)關(guān)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，諧振功率變換器(無(wú)論是串聯(lián)諧振、并聯(lián)諧振、還是串并聯(lián)諧振) 具有相當(dāng)優(yōu)良的表現(xiàn)，特別是具有極低的開(kāi)關(guān)損耗，具有正弦波形式電流傳輸波形，諧波電 流極低，同時(shí)還具有輸出端自然零流開(kāi)關(guān)式整流換相狀態(tài)，此類變換器是以變頻控制來(lái)調(diào) 節(jié)輸出的。目前的大多數(shù)變換器控制技術(shù)基本上都是傳統(tǒng)的單電壓環(huán)控制技術(shù)，將輸出電 壓與預(yù)設(shè)的輸出電壓基準(zhǔn)信號(hào)比較，求出輸出誤差電壓，以此誤差量調(diào)控電路的工作頻率 來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出的穩(wěn)定。由于諧振回路本身就是一個(gè)大的慣性環(huán)節(jié)，特別是大功率的功率變換 器尤顯突出，難于接受外來(lái)信號(hào)的控制，對(duì)系統(tǒng)中所產(chǎn)生的瞬時(shí)擾動(dòng)因素反應(yīng)很慢，至少需 要幾個(gè)到幾十個(gè)開(kāi)關(guān)周期；當(dāng)調(diào)控發(fā)生作用時(shí)，瞬時(shí)擾動(dòng)因素所產(chǎn)生的危害早已形成，間 歇、自激、軟開(kāi)關(guān)局部功能喪失等現(xiàn)象很容易發(fā)生，“爆管”類惡性故障也在所難免，因而導(dǎo) 致電路的可靠性下降；另外，大功率諧振變換器對(duì)輸入側(cè)變化表現(xiàn)出特別的“敏感”，由于該 類系統(tǒng)是靠頻率變化實(shí)現(xiàn)調(diào)制的，其電感、漏感等雜散參數(shù)對(duì)系統(tǒng)影響也很大。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，而提供一種對(duì)瞬時(shí)擾動(dòng)因素 快速反應(yīng)，電路可靠性好，帶有前饋補(bǔ)償控制功能的諧振半橋功率變換器。本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下措施來(lái)達(dá)到的，功率變換器通過(guò)控制電路控制，在 功率變換器上有電壓檢測(cè)的負(fù)反饋環(huán)路，在功率變換器上有瞬時(shí)擾動(dòng)量檢測(cè)電路及擾動(dòng)補(bǔ) 償構(gòu)成的前饋補(bǔ)償控制電路。功率變換器由功率開(kāi)關(guān)與驅(qū)動(dòng)電路，前饋補(bǔ)償控制電路和波形疊加電路，瞬時(shí)擾 動(dòng)量檢測(cè)電路，峰值電流檢測(cè)電路，后沿調(diào)制的PWM信號(hào)生成電路構(gòu)成；功率開(kāi)關(guān)與驅(qū)動(dòng)電路是由功率開(kāi)關(guān)管和驅(qū)動(dòng)電路組成，功率開(kāi)關(guān)與驅(qū)動(dòng)電路輸出 連接功率變換器主回路。功率變換器回路通過(guò)整流、濾波、變壓器輸出。瞬時(shí)擾動(dòng)量檢測(cè)電路是由單開(kāi)關(guān)周期積分器電路完成的，由二極管連接比較器構(gòu) 成一電子開(kāi)關(guān)回路，將比較器輸出的單開(kāi)關(guān)周期的開(kāi)關(guān)信號(hào)送入積分電容回路上，二極管 與積分電容和比較器構(gòu)成了單開(kāi)關(guān)周期的積分器電路。瞬時(shí)擾動(dòng)量檢測(cè)是通過(guò)對(duì)諧振電流 作單開(kāi)關(guān)周期的積分電路完成的，其復(fù)位方式是由開(kāi)關(guān)輸出信號(hào)自動(dòng)完成的，所得到的積 分值是一鋸齒波形，其斜率表征了諧振回路的瞬時(shí)擾動(dòng)量的大小。峰值電流檢測(cè)電路由電流放大器構(gòu)成，電流放大器為諧振峰值電流的檢測(cè)。后沿調(diào)制的PWM信號(hào)生成電路是由電流放大器和電壓誤差放大器、PWM比較器、鎖 存器、觸發(fā)器構(gòu)成，形成了帶有后沿調(diào)制雙路PWM脈沖波。由電流放大器輸出信號(hào)與電壓誤 差放大器輸出信號(hào)接到PWM比較器的輸入端，將峰值電流信號(hào)與變換器輸出電壓誤差信號(hào) 相比較，輸出后沿調(diào)制的PWM信號(hào)，將PWM信號(hào)比較器輸出接到鎖存器并與時(shí)鐘信號(hào)配合后送入T觸發(fā)器，將后沿調(diào)制的信號(hào)作分頻處理，形成雙路輸出的開(kāi)關(guān)信號(hào)，開(kāi)關(guān)信號(hào)送入功 率驅(qū)動(dòng)級(jí)后輸出。其后沿調(diào)制量表征了諧振回路的瞬時(shí)擾動(dòng)量，同時(shí)，這一系統(tǒng)構(gòu)成了由電 流和電壓雙環(huán)控制的系統(tǒng)，這改善了開(kāi)關(guān)變換器系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)、穩(wěn)定性和可靠性。前饋補(bǔ)償控制電路和波形疊加電路由電子開(kāi)關(guān)和積分電容與比較器構(gòu)成，對(duì)后沿 調(diào)制的PWM波形同步整形，得到了后沿調(diào)制鋸齒波信號(hào)，并將這一鋸齒波送入時(shí)鐘振蕩器 充放電電容回路中與充放電電容相疊加，從而使得時(shí)鐘振蕩器輸出頻率受控于后沿調(diào)制的 鋸齒波后沿時(shí)刻，以此完成PWM脈沖的頻率調(diào)制方式，時(shí)鐘脈沖的頻率表征了諧振回路中 的瞬時(shí)擾動(dòng)量的大小與方向，于是，本開(kāi)關(guān)周期中所測(cè)量到的諧振回路瞬時(shí)擾動(dòng)量可在下 一個(gè)開(kāi)關(guān)周期以頻率的方式作補(bǔ)償處理。實(shí)用新型有效地解決了現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)諧振變換器控制的動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢、過(guò)沖、不穩(wěn) 定和不可靠等問(wèn)題，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，調(diào)節(jié)性能好，過(guò)沖電壓幅值小，改善了開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn) 定性和可靠性，便于廣泛而方便地應(yīng)用，以提高和擴(kuò)大這種高性能變換的推廣與應(yīng)用。
附圖1為本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)原理框圖。附圖2為本實(shí)用新型的電路原理示意圖。附圖3為本實(shí)用新型的后沿調(diào)制的PWM脈沖波形邏輯示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。如附圖1所示，本實(shí)用新型是一個(gè)帶有前饋補(bǔ)償控制功能的諧振半橋功率變換 器，功率變換器通過(guò)控制電路控制，在功率變換器上有電壓檢測(cè)的負(fù)反饋，在功率變換器上 有擾動(dòng)量測(cè)量的擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)那梆佈a(bǔ)償，功率變換器能夠?qū)⒅C振回路中的瞬時(shí)擾動(dòng)量在一個(gè) 開(kāi)關(guān)周期內(nèi)完成測(cè)量及信號(hào)變換，并在下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)將瞬時(shí)擾動(dòng)量做以即時(shí)補(bǔ)償，動(dòng) 態(tài)響應(yīng)快，調(diào)節(jié)性能好，過(guò)沖電壓幅值小，改善了穩(wěn)定性和可靠性。如附圖2所示，本實(shí)用新型帶有前饋補(bǔ)償控制功能的諧振半橋功率變換器為一個(gè) 半橋式串聯(lián)諧振變換器，附圖2所示B區(qū)為一單開(kāi)關(guān)周期的積分電路，是對(duì)串聯(lián)諧振回路中 諧振電流的平均值做單開(kāi)關(guān)周期積分；由此構(gòu)成了一個(gè)對(duì)諧振電流進(jìn)行的單開(kāi)關(guān)周期的電 子積分電路，電路的輸出為一鋸齒波形。就單一個(gè)鋸齒波形的面積而言，它表征了一個(gè)開(kāi)關(guān) 周期內(nèi)諧振電流的平均值，它也包含了該開(kāi)關(guān)周期內(nèi)瞬時(shí)擾動(dòng)量值，特別要指出的是，鋸齒 波斜率小表示瞬時(shí)擾動(dòng)量小，由此就可測(cè)得諧振回路中的瞬時(shí)擾動(dòng)量的大小與方向，從而 得到了一個(gè)矢量值；與此同時(shí)也形成了逐個(gè)脈沖電流值。值得注意的是，由于存在著瞬時(shí)擾 動(dòng)量值，每個(gè)脈沖電流積分值的斜率就不盡相同；由CTl耦合取得諧振回路電流，將其整流 及濾波形成平均電流，將該平均電流送入ClO電容上積分；同時(shí)，將雙路輸出的帶后沿調(diào)制 的PWM脈沖DRV-A和DRV-B送入D3倍頻后送入U(xiǎn)2C比較器構(gòu)成一電子開(kāi)關(guān)回路，從而形成 一個(gè)以開(kāi)關(guān)PWM信號(hào)周期動(dòng)作的電子開(kāi)關(guān)，將U2C輸出的單開(kāi)關(guān)周期的開(kāi)關(guān)信號(hào)送入積分 電容ClO回路上，做復(fù)位處理，由此，ClO與D3和U2C構(gòu)成了單開(kāi)關(guān)周期的積分器電路。附圖2所示D區(qū)為一個(gè)峰值電流檢測(cè)電路并以占空比的方式表征峰值電流的矢量 值，同時(shí)D區(qū)也完成了分頻與功率輸出及保護(hù)的功能；構(gòu)成了由電流回路和電壓回路作為控制器的雙環(huán)控制系統(tǒng)，這極大地改善了開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的瞬態(tài)特性。將諧振電流的單開(kāi)關(guān) 周期積分值送入電流放大器CA中，輸出值Ui送入PWM比較器中與功率變換器輸出電壓誤 差放大器EA輸出的誤差值Uu相比較后，經(jīng)過(guò)鎖存器便得到了帶有后沿調(diào)制的PWM脈沖，再 經(jīng)觸發(fā)器分頻后形成帶有后沿調(diào)制的PWM雙路輸出的開(kāi)關(guān)信號(hào)。該信號(hào)的占空比表征了瞬 時(shí)擾動(dòng)量的矢量值，也就是瞬時(shí)擾動(dòng)量大時(shí)，PWM脈沖占空比就小，瞬時(shí)擾動(dòng)量小時(shí)，PWM脈 沖信號(hào)的占空比就大；該P(yáng)WM占空比是由脈沖的后沿調(diào)制體現(xiàn)的；由電流放大器CA輸出信 號(hào)與電壓誤差放大器EA輸出信號(hào)接到PWM比較器的輸入端，由此將峰值電流信號(hào)與變換器 輸出電壓誤差信號(hào)相比較，輸出后沿調(diào)制的PWM信號(hào)，將PWM信號(hào)比較器輸出接到鎖存器并 與時(shí)鐘信號(hào)配合后送入T觸發(fā)器，以此將后沿調(diào)制的信號(hào)作分頻處理，形成雙路，輸出的開(kāi) 關(guān)信號(hào)，此開(kāi)關(guān)信號(hào)送入功率驅(qū)動(dòng)級(jí)后輸出。附圖2所示中的C區(qū)，其作用是將后沿調(diào)制的PWM脈沖與D區(qū)中的振蕩器中CT
電容上的充放電信號(hào)作疊加，以此得到將后沿調(diào)制信息轉(zhuǎn)變?yōu)镃T放電時(shí)間調(diào)節(jié)量，從而得
到以不同占空比為依據(jù)的不同頻率時(shí)鐘振蕩信號(hào)，將開(kāi)關(guān)信號(hào)與振蕩器信號(hào)起始端信號(hào)同
步，并且將控制器輸出后沿調(diào)制的不同占空比信號(hào)轉(zhuǎn)化為鋸齒波信號(hào)，將該鋸齒波信號(hào)與
振蕩器中的CT電容信號(hào)相疊加，以便將后沿調(diào)制信號(hào)的后沿作為CT電容放電時(shí)刻，完成了
信號(hào)的同步與波形變換，也完成了信號(hào)疊加，最終得到以頻率方式表征諧振回路瞬時(shí)擾動(dòng)
量的大??；瞬時(shí)擾動(dòng)量小時(shí)，時(shí)鐘振蕩器輸出的脈沖頻率就低，反之就高，并且，瞬時(shí)擾動(dòng)量
的測(cè)量與時(shí)鐘脈沖頻率的改變(補(bǔ)償)均在二個(gè)相鄰的開(kāi)關(guān)周期內(nèi)完成的。由時(shí)鐘同步信
號(hào)SYNC和U2A構(gòu)成的電子開(kāi)關(guān)同積分電容Cll與比較器U2B、Q2和Ql接線方式，完成了
對(duì)后沿調(diào)制的PWM波形的整形，從而得到了后沿調(diào)制鋸齒波信號(hào)，并將鋸齒波信號(hào)送入D區(qū)
中振蕩器充放電電容回路，由此形成了由后沿調(diào)制的PWM信號(hào)轉(zhuǎn)化為振蕩器振蕩頻率調(diào)制
的信號(hào)。由于后沿調(diào)制的PWM信號(hào)中的后沿調(diào)制量來(lái)自于諧振回路中峰值電流的斜率變化
量，而鋸齒波形的峰值電流斜率表征諧振回路瞬時(shí)擾動(dòng)量的變化量情況，于是就完成了用
變頻的PWM信號(hào)表征了諧振回路中瞬時(shí)擾動(dòng)量的大小，并以此在相鄰的開(kāi)關(guān)周期中完成補(bǔ) m
te ο附圖2所示中的E區(qū)為半橋式開(kāi)關(guān)接線方式，配合以A區(qū)部分構(gòu)成諧振半橋式功 率變換器回路。U2A、U2B、U2C為L(zhǎng)M339。如附圖3所示，帶有后沿調(diào)制的PWM雙路輸出的開(kāi)關(guān)信號(hào)占空比表征了瞬時(shí)擾動(dòng) 量的矢量值，也就是瞬時(shí)擾動(dòng)量大時(shí)，PWM脈沖占空比就小，瞬時(shí)擾動(dòng)量小時(shí)，PWM脈沖信號(hào) 的占空比就大；該P(yáng)WM占空比是由脈沖的后沿調(diào)制體現(xiàn)的；脈沖形成如圖3所示。
權(quán)利要求一種帶有前饋補(bǔ)償控制功能的諧振半橋功率變換器，在功率變換器上有電壓檢測(cè)的負(fù)反饋，其特征是在功率變換器上有瞬時(shí)擾動(dòng)量檢測(cè)電路及擾動(dòng)補(bǔ)償構(gòu)成的前饋補(bǔ)償控制電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有前饋補(bǔ)償控制功能的諧振半橋功率變換器，其特征是瞬 時(shí)擾動(dòng)量檢測(cè)電路是二極管與積分電容和比較器構(gòu)成，將比較器輸出的單開(kāi)關(guān)周期的開(kāi)關(guān) 信號(hào)送入積分電容回路上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有前饋補(bǔ)償控制功能的諧振半橋功率變換器，其特征是前 饋補(bǔ)償控制電路由電子開(kāi)關(guān)和積分電容與比較器構(gòu)成，對(duì)后沿調(diào)制的PWM波形同步整形， 形成鋸齒波并送入時(shí)鐘振蕩器充放電電容回路中與充放電電容相疊加。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有前饋補(bǔ)償控制功能的諧振半橋功率變換器，其特征是功 率變換器由功率開(kāi)關(guān)與驅(qū)動(dòng)電路，前饋補(bǔ)償控制電路和波形疊加電路，瞬時(shí)擾動(dòng)量檢測(cè)電 路，峰值電流檢測(cè)電路，后沿調(diào)制的PWM信號(hào)生成電路構(gòu)成，功率變換器回路通過(guò)整流、濾 波、變壓器輸出，前饋補(bǔ)償控制電路和波形疊加電路對(duì)后沿調(diào)制的PWM波形同步整形，得到 了后沿調(diào)制鋸齒波信號(hào)，將鋸齒波信號(hào)送入時(shí)鐘振蕩器充放電電容回路中與充放電電容相 疊加，峰值電流檢測(cè)電路由電流放大器構(gòu)成，瞬時(shí)擾動(dòng)量檢測(cè)電路將PWM信號(hào)比較器輸出 接到鎖存器并與時(shí)鐘信號(hào)配合，將后沿調(diào)制的信號(hào)作分頻處理，輸出的開(kāi)關(guān)信號(hào)送入功率 驅(qū)動(dòng)級(jí)后輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的帶有前饋補(bǔ)償控制功能的諧振半橋功率變換器，其特征是前 饋補(bǔ)償控制電路和波形疊加電路由電子開(kāi)關(guān)和積分電容與比較器構(gòu)成，對(duì)后沿調(diào)制的PWM 波形同步整形，得到了后沿調(diào)制鋸齒波信號(hào)，將鋸齒波送入時(shí)鐘振蕩器充放電電容回路中 與充放電電容相疊加。
專利摘要本實(shí)用新型帶有前饋補(bǔ)償控制功能的諧振半橋功率變換器屬于功率開(kāi)關(guān)領(lǐng)域，功率變換器由功率開(kāi)關(guān)與驅(qū)動(dòng)電路，前饋補(bǔ)償控制和波形疊加電路，瞬時(shí)擾動(dòng)量檢測(cè)電路，峰值電流檢測(cè)電路，后沿調(diào)制的PWM信號(hào)電路構(gòu)成，功率開(kāi)關(guān)與驅(qū)動(dòng)電路是由功率開(kāi)關(guān)管和驅(qū)動(dòng)電路組成，瞬時(shí)擾動(dòng)量檢測(cè)電路是由單開(kāi)關(guān)周期積分器電路構(gòu)成的，峰值電流檢測(cè)電路由電流放大器構(gòu)成，后沿調(diào)制的PWM信號(hào)電路是由電流放大器和電壓誤差放大器、PWM比較器、鎖存器、觸發(fā)器構(gòu)成，前饋補(bǔ)償控制和波形疊加電路由電子開(kāi)關(guān)和積分電容與比較器構(gòu)成，本實(shí)用新型動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，調(diào)節(jié)性能好，過(guò)沖電壓幅值小，改善了開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
文檔編號(hào)H02M3/24GK201639478SQ20092006091
公開(kāi)日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2009年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月17日
發(fā)明者高長(zhǎng)春 申請(qǐng)人:高長(zhǎng)春