br>[0150] 附图10给出了本发明二次谐波电流补偿器设计实例（对应附图9)
[0151] 的稳态工作时的仿真波形，其中输出电压采用的是平均值控制。附图10-1和附图 10-2是补偿器在10%载工作时的仿真波形，附图10-3和10-4是补偿器在满载工作时的仿 真波形。由附图10-1和10-3可以看出，当输出电压采用平均值控制时，储能电容电压的平 均值不随负载变化而变化，补偿器的输入电流能够很好地跟踪所需吸收或提供的二次谐波 电流。由附图10-2和附图10-4可以看出，补偿器在充电模式和放电模式下均可以稳定工 作，由此表明本发明改进型的单周期控制方法具有可行性和有效性。
[0152] 测试实例二：
[0153] 附图11给出了本发明二次谐波电流补偿器设计实例（对应附图9)的稳态工作时 的仿真波形，其中输出电压采用的是最大值控制。附图11-1和附图11-2是补偿器在10% 载工作时的仿真波形，附图11-3和11-4是补偿器在满载工作时的仿真波形。由附图11-1 和11-3可以看出，当输出电压采用最大值控制时，储能电容电压的最大值不随负载变化而 变化，补偿器的输入电流能够很好地跟踪所需吸收或提供的二次谐波电流。由附图11-2和 附图11-4同样可以看出，补偿器在充电模式和放电模式下均可以稳定工作，由此表明改进 型的单周期控制方法具有可行性和有效性。
[0154] 应用实例：
[0155] 附图12给出了本发明所提出的二次谐波电流补偿器的应用实例。它既可以并联 于单级式单相逆变器的直流输入侧（附图12-1)或两级式单相逆变器的中间直流母线两端 (附图12-2)，用来提供逆变器输入电流中的二次谐波电流；亦可以并联于单级式单相PFC 变换器的直流输出侧（附图12-3)或两级式单相PFC变换器的中间直流母线两端（附图 12-4)，用来吸收PFC变换器输出电流中的二次谐波电流。
[0156] 由以上描述可知，本发明提出的无电解电容二次谐波电流补偿器具有如下优点：
[0157] 1.补偿器中无电解电容；
[0158] 2.补偿器工作于CCM模式，开关管中电流的峰值和有效值较低，补偿器的导通损 耗较小；
[0159] 3.补偿器采用改进型的单周期控制方法进行控制，克服了基本单周期控制方法因 在放电模式对电感电流扰动不收敛而导致补偿器不稳定的缺陷，能够保证补偿器在充电模 式和放电模式下均稳定可靠地工作；
[0160] 补偿器具有很好的二次谐波电流补偿效果，而且工况对补偿效果影响很小。
【主权项】
1. 一种二次谐波电流补偿器，该补偿器由主功率电路及其控制电路组成，其中，主功 率电路包括同步整流Buck变换器、输入电压采样电路、输出电压采样电路以及电流采样电 路，所述同步整流Buck变换器由主管、辅管、滤波电感和储能电容组成，其特征是： 控制电路包括单周期控制器、第一加法器、第二加法器、除法器、乘法器和电压调节器； 所述的单周期控制器包括积分器、反相器、比较器和触发器； 主功率电路中的输入电压采样电路和输出电压采样电路分别与控制电路中的除法器 和电压调节器相连接，主功率电路中的电流采样电路与控制电路中的第一加法器相连接， 单周期控制器输出的主管和辅管的驱动信号分别与同步整流Buck变换器中主管和辅管的 栅极相连接。2. 根据权利要求1所述二次谐波电流补偿器，其特征是： 第一加法器由运放1#、电阻&、R2、私和R 4组成，其中，R i的一端连接至运放1#的反相 输入端，另一端接地；R2的一端连接至运放1#的同相输入端，另一端连接至主功率电路中 的电流采样电路；R3的一端连接至运放1#的同相输入端，另一端连接至控制电路中所设定 的采样偏置电压isbals;R 4跨接于运放1#的反相输入端和输出端之间；第一加法器的输出为 单周期控制变量，连接至单周期控制器中积分器的输入端。3. 根据权利要求1或2所述二次谐波电流补偿器，其特征是： 第二加法器由运放4#，电阻R9A11^R1 ^R12和R 13组成，其中，R9的一端连接至运放4#的 同相输入端，另一端连接至电压调节器的输出端；R1(]的一端连接至运放4#的同相输入端， 另一端连接至控制电路中设定的补偿器所需吸收或提供的二次谐波电流基准iSHe;Rn的一 端连接至运放4#的同相输入端，另一端连接至乘法器Mul2的输出端；R12的一端连接至运 放4#的反相输入端，另一端接地；R13跨接于运放4#的反相输入端和输出端之间；第二加法 器的输出为单周期控制变量的基准，连接至单周期控制器中比较器的输入端。4. 根据权利要求3所述二次谐波电流补偿器，其特征是：除法器由运放2#，乘法器 Mull和Mul3以及电阻1?5和R6组成，其中，Mull的一个输入端与运放2#的输出端相连接， 另一个输入端连接至主功率电路中的输入电压采样电路，输出端与R6串联连接，R6的另一 端连接于运放2#的反相输入端，R5的一端连接至运放2#的反相输入端，另一端连接至-IV 基准，Mul3的一个输入端连接至运放2#的输出端，另一个输入端连接至主功率电路中的输 出电压采样电路，输出信号接入乘法器Mul2的一个输入端，Mul2的另一个输入端连接至第 一加法器中的R3，输出基准偏置电压irtals连接至第二加法器的电阻R u。5. 根据权利要求3所述二次谐波电流补偿器，其特征是： 电压调节器由运放3#，电阻馬和R8以及电容C i组成，其中R 7的一端连接至运放3#的 反相输入端，另一端连接至主功率电路中的输出电压采样电路，电阻R8和电容C 1串联后并 接于运放3#的反相输入端和输出端之间，运放3#的同相输入端与控制电路中设定的输出 电压的基准信号Vraf相连，电压调节器的输出端连接至第二加法器的电阻R9;控制电路中设 定的输出电压基准信号Vraf为输出电压的平均值基准信号或输出电压的最大值基准信号， 当为输出电压的最大值基准信号时，需要在控制电路中加入峰值检测电路，该峰值检测电 路包括检测电阻Rp、检测电容Cp和二极管D p，其中，Rp和Cp并联连接，其一端连接至电阻R7， 另一端连接至地；二极管Dp的阳极连接至主功率电路中的输出电压采样电路，阴极连接至 电阻R7。6. 根据权利要求1所述二次谐波电流补偿器，其特征是： 储能电容采用薄膜电容，储能电容的取值Ves与储能电容电压的最大值Vesniax、储能电容 电压的脉动大小Λ ves、补偿器所需吸收或提供的二次谐波电流的频率f2nd以及所需吸收或 提供的脉动功率PSHe有关，并满足如下关系式：取定Ves niax和Λ ves，再将给定的f2nd和P SHe代入上式，即可得到储能电容的取值，7. 根据权利要求6所述二次谐波电流补偿器，其特征是： 滤波电感的下限取值匕由滤波电感电流脉动大小决定，其表达式为滤波电感的上限取值由二次谐波电流的跟踪能力决定，其表达式为式中Vbus是补偿器的输入电压，ves是储能电容电容，f Λ补偿器的开关频率，P I为补 偿器所需吸收或提供的脉动功率，是滤波电感中的二次谐波电流分量，i' m(t)为 的导函数。8. 根据权利要求1所述二次谐波电流补偿器，其特征在于：所述同步整流Buck变换器 工作于CCM模式，由主管、辅管、滤波电感和储能电容组成，其中，主管连接于补偿器的输入 电压正极和滤波电感Ls之间，辅管连接于主管的源极和输入电压的负极之间，储能电容C s连接于滤波电感匕和输入电压的负极之间；所述输入电压采样电路并联于补偿器的输入正 负极之间；所述输出电压采样电路并联于储能电容两端；所述电流采样电路串联于主管电 流回路中。9. 根据权利要求1所述二次谐波电流补偿器，其特征在于：所述的电压调节器采用的 是比例-积分调节器，亦可以采用双极点双零点型或比例-积分调节器级联带阻滤波器型 的补偿网络。
【专利摘要】本实用新型提出一种二次谐波电流补偿器。二次谐波补偿器由主功率电路及其控制电路组成，其中，主功率电路由同步整流Buck变换器、输入电压采样电路、输出电压采样电路以及电流采样电路组成，控制电路包括单周期控制器、第一加法器、第二加法器、除法器、乘法器、电压调节器。二次谐波电流补偿器具有很好的二次谐波电流补偿效果，且补偿效果不受工况影响。
【IPC分类】H02M1/14
【公开号】CN204886680
【申请号】CN201520390954
【发明人】张力, 阮新波, 任小永
【申请人】南京航空航天大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年6月8日