一种利用重复控制抑制DC/DC功率变换器前端电压波动的方法与流程

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种利用重复控制抑制dc/dc功率变换器前端直流电压周期波动对后级变换器输出电压质量负面影响的方法。

背景技术：

dc/dc转换器是开关电源芯片，指利用电容、电感的储能的特性，通过可控开关(mosfet等)进行高频开关的动作，将输入的电能储存在电容(感)里，当开关断开时，电能再释放给负载，提供能量。其输出的功率或电压的能力与占空比(由开关导通时间与整个开关的周期的比值)有关。开关电源可以用于升压和降压。dc/dc转换器分为三类：升压型dc/dc转换器、降压型dc/dc转换器以及升降压型dc/dc转换器。根据需求可采用三类控制。

对于前端采用三相二极管整流提供直流电压的dc/dc变换器，在此条件下，经三相二极管整流后的直流电压可存在6fac的交流纹波电压。从后级变换器数学模型的角度分析，由于存在其前端直流母线电压到其输出电压的传递函数关系，因此视整流滤波电容容量大小以及后级功率变换器负载大小，较大幅值的纹波电压可能影响到后级功率变换器输出电压的质量(在输出电压中导致同频电压纹波波动)。本发明所提供的方法在一定程度上可以改善上述问题。

技术实现要素：

本发明提供的是一种利用重复控制抑制dc/dc功率变换器前端电压波动的方法，目的在于对于前端采用三相二极管整流提供直流电压的dc/dc变换器，在一定程度上显著减小后级dc/dc变换器前端直流电压的波动对dc/dc变换器输出电压的影响，达到改善后级功率变换器输出电压质量的目的。

本发明的目的是这样实现的：

结合附图1中三相二极管整流器(rec)级联boost变换器为例来对本发明提供的方法进行说明。如附图1所示，ex(x＝a，b，c)分别为三相交流电压，lx(x＝a，b，c)分别为三相的等效串联电感，rx(x＝a，b，c)分别为三相的等效串联电阻。

三相电压经rec整流，并经直流侧电容cdc滤波后得到直流电压vdc。boost变换器作为整流器输出的后级，通过闭环控制将vdc变换为所需的输出电压vo。boost变换器拓扑本身为成熟技术，在此不再赘述了。

boost变换器本身采用传统的电压电流双闭环控制结构(dlc)，将电压控制外环的给定信号vref与输出电压vo的偏差送入电压控制器gv，经运算后得到电流内环的指令信号iref。将iref与boost变换器的电感电流il之差送入电流控制器gi，经运算后得到控制量vcc。将vcc与基于重复控制的前馈补偿器(rpfc)的输出vffc进行叠加得到最终控制量为vc，将vc送入调制器环节(1/vm)(vm为调制器载波的幅值)后得到占空比为d的驱动脉冲信号，该信号用于附图1中boost变换器开关管vt的控制。

在rpfc中，首先利用高通滤波器hpf提取直流电压vdc中的6倍交流电源频率分量vff作为rpfc中重复控制器rpc的输入信号，经运算后将rpfc的输出信号vffc作为前馈补偿信号与dlc环节的控制信号vc叠加。

图中rpc本身为成熟技术，具体原理在此不再赘述。对其参数稍作说明，假设开关频率为fs，交流电源频率为fac，则rpc中的n＝fs/(6fac)，kr为重复控制器的增益，z^k为时延补偿环节，用于补偿系统采样以及前向通道的时延，s为一个低通滤波器，用于抑制系统的高频段噪声，q为一个低通滤波器，可用于改善rpc的稳定性，实用中，q可以采用一个接近于1的常数，如0.95。

附图2所示为单相软件锁相环的控制框图，其本身为成熟技术，其原理在此不再赘述。其目的是要获得交流电源的频率fac，进而根据n＝fs/(6fac)确定rpc中n的数值，从而达到在交流电源频率变化时对vdc波动频率分量抑制的目的。需要说明的是，对应图1所示三相交流电源，其任意一相的电压ex(x＝a，b，c)均可作为附图2中的uα分量。gpi为用于锁相环控制的pi调节器。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

1.通过采用软件锁相环来锁定交流电源频率，可以使所采用的方法具有良好的频率适应能力，即当交流电源的频率发生变化时所采用的前馈补偿方法仍然具有良好的补偿效果；

2.采用重复控制器的输出作为前馈补偿量，可以更好地实现对特定频率分量扰动信号补偿效果。

附图说明

图1为功率变换器的主电路和控制结构示意图。

图2为单相软件锁相环。

图3为本发明提供的方法的执行流程。

具体实施方式

下面结合附图3，对本发明所述的一种利用重复控制抑制dc/dc功率变换器前端电压波动负面影响的方法的设计和执行流程说明如下。

(1)根据boost变换器器件参数和传递函数设计boost变换器的双闭环控制系统，分别得到gv和gi。

(2)根据交流电源频率变化的范围，设计合适频率特性的高通滤波器hpf用于提取vdc中的6倍频交流电源频率分量。

(3)设计rpfc环节中的重复控制器，确定kr，z^k，s和q。

(4)设计单相软件锁相环，确定pi调节器gpi的参数。

(5)在交流电源就绪情况下，首先运行软件锁相环，获得交流电源的频率fac，进而得到n＝fs/(6fac)。若交流电源频率有变化，则该n值在整个控制过程中会被不断的刷新。

(6)分别运行boost变换器电压和电流双闭环控制程序，得到控制量vcc。

(7)运行rpfc环节的程序，得到前馈补偿量vffc。

(8)将vcc与vffc叠加，得到boost变换器的最终控制量vc。

(9)将vc用于pwm调制得到用于boost变换器开关管控制的占空比为d的，脉冲信号。

(10)若没有达到期望的控制效果，则返回(1)-(9)中相应的设计步骤，直到获得满意的实际结果。

技术特征：

技术总结
本发明提供的是一种利用重复控制抑制DC/DC功率变换器前端电压波动的方法，属于电力电子技术领域。该方法针对前端采用三相二极管整流提供直流电压的DC/DC变换器。在此条件下，整流后的直流电压可存在6fac的交流纹波电压，视整流滤波电容容量大小以及后级功率变换器负载大小，较大幅值的纹波电压可能影响到后级功率变换器输出电压的质量。因此本专利利用软件锁相环锁定交流电压的频率fac，并利用高通滤波器提取整流电压中的6fac纹波电压分量，将其输入针对6fac频率信号抑制的重复控制器中，将该重复控制器输出信号融入到后级功率变换器的控制系统中达到减小整流直流电压中的6fac电压波动对后级功率变换器输出电压质量负面影响的目的。

技术研发人员：游江;程连斌;李晓旭;王西贝
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：2018.10.23
技术公布日：2019.01.11