具有快速动态响应的大功率脉冲负载电源装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种具有快速动态响应的大功率脉冲负载电源装置及其控制方法，供电电源的交流电经过电源匹配网络整流变换为直流电后向脉冲负载供电，通过储能电容、超级电容、双向Buck/Boost变换器及其控制电路来消除脉冲负载特性，采用双向变换器与超级电容相结合，解决脉冲负载与供电电源的电源适应性问题。本发明专利技术可用于负载脉冲频率和功率任意变化的电子对抗设备，且适应任意供电电源系统，其优点是：供电电源的利用率高、适应性强；控制简单可靠以及瞬态响应速度快。

High power pulse load power supply device with fast dynamic response and control method thereof

The invention discloses a high-power pulse load power supply device with fast dynamic response and a control method thereof. The alternating current of the power supply is converted into direct current through a power matching network rectifier, and the pulse is supplied to the pulse load. The pulse is eliminated by a storage capacitor, a supercapacitor, a bidirectional Buck/Boost converter and its control circuit. Load characteristics, the use of bidirectional converter and super capacitor combined to solve the problem of pulse load and power supply adaptability. The invention can be used for electronic countermeasure equipment with arbitrary variation of load pulse frequency and power, and can be adapted to any power supply system. The advantages of the invention are high utilization rate of power supply, strong adaptability, simple and reliable control and fast transient response.

【技术实现步骤摘要】
具有快速动态响应的大功率脉冲负载电源装置及其控制方法
本专利技术涉及脉冲负载电源
，具体为一种具有快速动态响应的大功率脉冲负载电源装置及其控制方法。
技术介绍
电子对抗设备输出信号一般呈宽频段、脉冲变化特性，该特性对其发电机供电的稳定性提出了更高的要求。当电子对抗设备的脉冲变化功率容量与发电机输出功率容量的占比超过40%、且脉冲变化频率与发电机闭环调节频率一致时，会引起发电机输出电压幅值不稳定、调制系数超过GJB181的标准规定要求，进而影响电子对抗设备稳定和正常工作。现有技术是采用在供电系统增加储能电容、电阻、开关和反相器来消除脉冲负载对供电电源的不利影响，储能电容用于吸收电子对抗设备脉冲功率变化斜率，电阻、开关和反相器组成的回路来吸收多余的输出功率，该方案会导致多余的输出功率被电阻耗散掉无法利用，电路效率低，且发热量大。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种即可在供电功率大于脉冲负载功率时吸收多余的功率，又可在供电功率小于脉冲负载功率时补充不足的功率，解决了大功率脉冲负载与供电电源的电源适应性问题的具有快速动态响应的大功率脉冲负载电源及其控制方法。技术方案如下：一种具有快速动态响应的大功率脉冲负载电源，供电电源的交流电经过电源匹配网络整流变换为直流电后向脉冲负载供电，通过储能电容、超级电容、双向Buck/Boost变换器及其控制电路来消除脉冲负载特性；所述储能电容并联于电源匹配网络的输出端，所述双向Buck/Boost变换器包括电感L、开关管S1和开关管S2；电感L一端连接直流母线正极，另一端连接开关管S1的D极，开关管S1的S极连接到直流母线负极；开关管S2的D极连接到开关管S1的D极，开关管S2的S极连接到超级电容的正极板，超级电容的负极板连接到开关管S1的S极；开关管S1和开关管S2的G极分别连接到控制电路。进一步的，所述控制电路包括二阶低通滤波器、减法器SU1、减法器SU2、减法器SU3、PI调节器、PWM控制器、比较器、反相器、多路复用器以及驱动电路；输出电流采样端同时连接到二阶低通滤波器的输入端和减法器SU1的负输入端，二阶低通滤波器的输出端连接到减法器SU1的正输入端，减法器SU1的输出端连接到减法器SU2的正输入端，减法器SU2的负输入端连接到电感电流采样端，减法器SU2的输出端连接PI调节器的输入端；PI调节器的输出端及锯齿波输出端同时连接到PWM控制器的输入端；PWM控制器的输出端一路连接到多路复用器M1，另一路经过反相器后连接到多路复用器M2；比较器的同相输入端连接到输出电流采样端，反相输入端连接到二阶低通滤波器的输出端，比较器的输出端一路经过反相器后作为多路复用器M1的选择信号，另一路与减法器SU3的输出信号经过与门后作为多路复用器M2的选择信号；减法器SU3的正输入端连接输出电流采样端，负输入端连接二阶低通滤波器的输出端；多路复用器M1的输出端通过驱动电路连接到开关管S1的G极，多路复用器M2的输出端通过驱动电路连接到开关管S2的G极。一种具有快速动态响应的大功率脉冲负载电源的控制方法，包括：当供电电源是恒压输出时，输出电流采样后经过二阶低通滤波器后得到脉冲负载输出电流平均值IP_av，输出电流平均值IP_av减去负载输出电流瞬时值ip得到双向Buck/Boost变换器电感电流的参考值Iref；为使双向Buck/Boost变换器电感电流跟随参考值，从电感处采样电感电流瞬时值iL与电流的参考值Iref相减后送入PI调节器，经PI调节后的误差信号vc与锯齿波比较后得到PWM脉冲驱动信号；将PWM脉冲驱动信号送入多路复用器M1；并同时将PWM脉冲驱动信号经过反相器取反后送入多路复用器M2；多路复用器M1的选择信号由输出电流瞬时值ip与输出电流平均值IP_av经过比较器后得到电流比较信号再经过反相器产生；将输出电流瞬时值ip与输出电流平均值IP_av相减后得到电流误差信号，电流误差信号与电流比较信号经过与门后作为多路复用器M2的选择信号；多路复用器M1和M2的输出信号分别作为双向Buck/Boost的两组开关驱动信号，通过生成两组开关驱动信号控制超级电容的充放电，实现输出功率的补偿。本专利技术的有益效果是：1）本专利技术采用双向Buck/Boost变换器与超级电容相结合，既可在供电功率大于脉冲负载功率时吸收多余的功率，又可在供电功率小于脉冲负载功率时补充不足的功率，解决了大功率脉冲负载与供电电源的电源适应性问题；2）当电子对抗设备处于待机或者恒功率状态时，控制回路不输出驱动信号，超级电容与母线断开，此时负载功率对供电功率体现恒功率特性，不需要补偿功率，适用于电子对抗设备的各种功率输出模态；3）多余的供电功率并没有通过其他途径消耗掉，而是通过超级电容存储起来以备电子对抗设备工作时使用，提高了供电电源的利用率，进而提高了系统效率；4）当供电电源经过电源匹配网络后直接与脉冲负载相接时，控制环路仅需要采样输出电流和双向Buck/Boost变换器电感电流，即可实现供电电源的恒功率控制，控制回路设计简单。附图说明图1为本专利技术的大功率脉冲负载电源结构示意图。图2为本专利技术的双向Buck/Boost变换器及其控制电路示意图。图3为本专利技术的大功率脉冲负载适应电路工作框图。图4为本专利技术实施例一中，负载为脉冲功率输出时开关电源的时域仿真波形图。图5为本专利技术实施例一中，负载为恒定功率输出时开关电源的时域仿真波形图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。图1为本专利技术提出电路的原理框图，供电电源的交流电经过电源匹配网络整流变换为直流电后向电子对抗设备供电，通过储能电容、超级电容、双向Buck/Boost变换器及其控制电路来消除电子对抗设备的脉冲负载特性，使整流电路的供电输入端呈现恒功率负载特性，来解决电子对抗设备与供电电源的电源适应性问题。图2为本专利技术的双向Buck/Boost变换器及其控制电路，所述储能电容并联于电源匹配网络的输出端。如图2(a)所示，双向Buck/Boost变换器包括电感L、开关管S1和开关管S2；电感L一端连接直流母线正极，另一端连接开关管S1的D极，开关管S1的S极连接到直流母线负极；开关管S2的D极连接到开关管S1的D极，开关管S1的S极连接到超级电容的正极板，超级电容的负极板连接到开关管S1的S极；开关管S1和开关管S2的G极分别连接到控制电路。双向Buck/Boost变换器与超级电容相结合，即可在供电功率大于脉冲负载功率时吸收多余的功率，又可在供电功率小于脉冲负载功率时补充不足的功率，提高动态响应速度同时降低了系统能耗。如图2（b）所示，控制电路包括二阶低通滤波器、减法器SU1、减法器SU2、减法器SU3、PI调节器、PWM控制器、比较器、反相器、多路复用器以及驱动电路。输出电流采样端同时连接到二阶低通滤波器的输入端和减法器SU1的负输入端，二阶低通滤波器的输出端连接到减法器SU1的正输入端，减法器SU1的输出端连接到减法器SU2的正输入端，减法器SU2的负输入端连接到电感电流采样端，减法器SU2的输出端连接PI调节器的输入端；PI调节器的输出端及锯齿波输出端同时连接到PWM控制器的输入端；PWM控制器的输出端一路连接到多路复用器M1，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有快速动态响应的大功率脉冲负载电源装置，其特征在于，供电电源的交流电经过电源匹配网络整流变换为直流电后向脉冲负载供电，通过储能电容、超级电容、双向Buck/Boost变换器及其控制电路来消除脉冲负载特性；所述储能电容并联于电源匹配网络的输出端，所述双向Buck/Boost变换器包括电感L、开关管S1和开关管S2；电感L一端连接直流母线正极，另一端连接开关管S1的D极，开关管S1的S极连接到直流母线负极；开关管S2的D极连接到开关管S1的D极，开关管S2的S极连接到超级电容的正极板，超级电容的负极板连接到开关管S1的S极；开关管S1和开关管S2的G极分别连接到控制电路。

【技术特征摘要】
1.一种具有快速动态响应的大功率脉冲负载电源装置，其特征在于，供电电源的交流电经过电源匹配网络整流变换为直流电后向脉冲负载供电，通过储能电容、超级电容、双向Buck/Boost变换器及其控制电路来消除脉冲负载特性；所述储能电容并联于电源匹配网络的输出端，所述双向Buck/Boost变换器包括电感L、开关管S1和开关管S2；电感L一端连接直流母线正极，另一端连接开关管S1的D极，开关管S1的S极连接到直流母线负极；开关管S2的D极连接到开关管S1的D极，开关管S2的S极连接到超级电容的正极板，超级电容的负极板连接到开关管S1的S极；开关管S1和开关管S2的G极分别连接到控制电路。2.根据权利要求1所述的具有快速动态响应的大功率脉冲负载电源装置，其特征在于，所述控制电路包括二阶低通滤波器、减法器SU1、减法器SU2、减法器SU3、PI调节器、PWM控制器、比较器、反相器、多路复用器以及驱动电路；输出电流采样端同时连接到二阶低通滤波器的输入端和减法器SU1的负输入端，二阶低通滤波器的输出端连接到减法器SU1的正输入端，减法器SU1的输出端连接到减法器SU2的正输入端，减法器SU2的负输入端连接到电感电流采样端，减法器SU2的输出端连接PI调节器的输入端；PI调节器的输出端及锯齿波输出端同时连接到PWM控制器的输入端；PWM控制器的输出端一路连接到多路复用器M1，另一路经过反相器后连接到多路复用器M2；比较器的同相输入端连接到输出电流采样端，反相输入端连接到二阶低通滤波器的输出端，比较器的输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨平，朱泽宇，杨奎，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51