具有数字电流控制电路的电力转换器制造技术

一种用于电力转换器(200)控制其切换的电流控制电路(208)，其中，电流控制电路包括数字控制器(210)，其使用逻辑输入信号(226)产生用于电力转换器的、具有固定的基本频率的逻辑控制信号(212)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】描述专利
本专利技术涉及用于例如不间断电源(UPS)的电力转换器的控制系统和方法。专利技术背景不间断电源(UPS)可以用于在其中主电源发生故障或以不寻常的方式执行的情况下提供应急电力。由于使用的电池和UPS电路的性质，UPS被设计为以接近瞬时或瞬时的方式切换。UPS可以用于处理在主电源处发生的大量不寻常的事件，例如：电力故障、浪涌、突降、电源中的尖峰电压、噪声、频率不稳定性、谐波失真等。UPS可以用于保护任何类型的设备，然而通常UPS最常在计算机、数据中心、电信系统以及如果没有电力则可以引起例如对人或商业利益造成损害的严重后果的任何其它的电气设备中。UPS可以采取很多不同的形式并且涉及各种不同的技术。UPS的最常见的一般类别是在线式、在线交互式以及待机式。这些类别中的每种在本领域都是公知的，而且例如混合拓扑结构和耐铁技术(ferro-resistant)的其它替代方案在本领域也一样是公知的。UPS包括三个主要的电力转换器。DC到AC转换器用于给负载提供干净的AC电压。所述DC到AC转换器被称为逆变器并且可以通过两个不同的输入源来供电。首先，逆变器可以通过被用于将AC输入源电压转换为DC电压，进而用于向DC到AC转换器提供输出的AC到DC转换器供电。其次，双向DC到DC转换器可以在输入AC源中存在故障的任何情况下使用，以由此从电池对DC到AC转换器供电。UPS中的三个电力转换器被控制板控制以达到为UPS限定的目标。一个这样的目标可以概括为：无论输入AC电压源的状态如何，都以安全可靠的方式向输出用户负载提供高质量电压。为了实现这些目标，需要使用调节算法等来控制某些物理信号。对每个转换器调节输出电压和驱动电流。通常而言，用于控制UPS中的输出电压和驱动电流的所有调节算法被嵌入到同一个控制板中。使用同一个控制板的一个问题是，控制板需要针对任何新的UPS要求(电力拓扑结构、产品架构等)进行重新设计。该问题会在每次有新的项目时出现。由于期望的对于控制的高可靠程度和UPS的具体要求，故对来自较老的产品的控制板进行重新利用是困难的。为了设计其中的控制装置可以在将来的产品中重复使用的新产品，调节功能或控制功能已经被划分为两大类别。第一个类别包括对所有UPS产品要求共同的调节；第二个类别包括特定于每个新的UPS产品要求的调节。为了改进对控制装置将来的重复使用，这两种类别的调节或控制功能必须被嵌入到两个不同的电路板中。第一个电路板是包括第一个类别的调节(所有UPS共同的)的共同可重复使用的电路板，并且第二个电路板是包括第二个类别的调节(特定于一个特定的UPS)的、将针对每个新产品进行重新设计的专用电路板。通常而言，专用电路板都是片上设计，这是因为制造的单元的数量将较少并且可能仅仅与一个产品相关。共同可重复使用的电路板将包括所有共同的调节和复杂的算法。因为制造的数量将很多，故相比于专用电路板的情况，成本最优化将具有较低的优先级。本专利技术提供以有成本效益的方式在专用控制电路板中实施电流调节的方式。过去已经尝试了大量提案，以解决该问题。一个提案涉及固定频率线性模拟电流控制器，然而已经发现其难以进行调谐，并具有有限的可靠性和灵活性。另一个提案涉及固定频率线性数字电流控制器。其要求昂贵且快速的、具有有限动态范围的AD转换器。因此，该解决方案是昂贵的并且已经降低了性能。第三个提案涉及具有或不具有可变滞环的可变频率滑动模式控制器。其不适用于其中需要固定切换频率的情况。第四个提案涉及固定频率峰值电流控制器。然而，这引起动态误差的增大并且要求复杂模拟实现以处理所有的补偿要求。通常而言，电流控制器可以被归类为两种主要类型，它们是线性电流控制器和非线性电流控制器。线性电流控制器将电流基准与电流测量进行比较并且计算误差。通常包括增益或积分的线性函数被应用于误差，并且线性函数的结果被提供给控制板以控制电流。二进制指令信号通过控制板产生以控制逆变器的输出电流，并且从而控制供电电流。指令信号具有被改变以控制逆变器、但是定期设置为零并且因此被认为是“固定频率”的脉宽。非线性控制器以相同的方式确定电流误差，并且如果误差超过一定的边界条件则在1到0之间切换指令控制信号。如果误差大于阈值上限，那么设置指令以减小电流，并且如果误差小于阈值下限，那么设置指令以增加电流。在这种情况下，指令信号被认为是“可变频率”，这是因为它仅仅基于阈值值进行切换并且无需任何定时考虑。如前所述，还存在使用具有固定频率指令的非线性控制的混合控制器。在这种情况下，存在关于指令的两个约束：保持在误差阈值和指令周期之内。在控制板中使用的算法考虑这两个约束并且确定是否切换指令信号。以上所述的控制器在很多情况下是有用的，但是它们没有解决现有技术的全部问题。专利技术目的本专利技术的目的是克服与现有技术相关的至少一些问题。本专利技术的另一个目的是提供用于使用例如FPGA的数字控制器的UPS的电流控制系统。
技术实现思路
本专利技术提供如在所附权利要求中阐述的方法和系统。根据本专利技术的一个方面，提供了用于电力转换器以控制其切换的电流控制电路，其中，电流控制电路包括数字控制器，其使用逻辑输入信号产生用于电力转换器的、具有固定的基本频率的逻辑控制信号。可选地，电路还包括用于测量电力转换器中的电流(Imes)的电流测量设备，所述电流与电流基准(Iref)进行比较以确定电流误差值(Ierr)，所述电流误差值引起来自数字控制器的逻辑控制信号的产生。可选地，电流误差值被变换为逻辑输入信号以引起通过数字控制器产生逻辑控制信号。可选地，电路还包括将数字电流基准转换为电流基准(Iref)的数模转换器或脉宽调制接口。可选地，数字电流基准在数字控制器内部产生或来自外部源。可选地，电力转换器中的电流(Imes)的电流值、电流基准(Iref)以及电流误差值(Ierr)都是模拟值。可选地，电力转换器适于接收逻辑控制信号并且通过关闭或打开其中的一个或多个开关来对其做出响应。可选地，数字控制器被布置为：用根据所述逻辑输入信号的先前转变的定时计算的定时来产生所述逻辑控制信号。可选地，数字控制器是例如现场可编程门阵列或微处理器的数字构件。可选地，电路用于在电力转换器控制中使用，以控制其切换。可选地，电路适于控制电力转换器的特定功能。可选地，电路用于与适于控制关于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电力转换器控制其切换的电流控制电路，其中所述电流控制线路包括数字控制器，所述数字控制器使用逻辑输入信号产生用于所述电力转换器的、具有固定的基本频率的逻辑控制信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于电力转换器控制其切换的电流控制电路，其中所述电流
控制线路包括数字控制器，所述数字控制器使用逻辑输入信号产生用于所
述电力转换器的、具有固定的基本频率的逻辑控制信号。
2.根据权利要求1所述的电路，其中，所述电路还包括：用于测量
所述电力转换器中的电流Imes的电流测量设备，将所述电流Imes与电流
基准Iref进行比较以确定电流误差值Ierr，所述电流误差值使得从所述数
字控制器产生所述逻辑控制信号。
3.根据权利要求2所述的电路，其中，所述电流误差值被变换成所
述逻辑输入信号以引起所述通过所述数字控制器产生所述逻辑控制信号。
4.根据权利要求2到3中的任一项权利要求所述的电路，其中，所
述电路还包括将数字电流基准转换成所述电流基准Iref的数模转换器或
脉宽调制接口。
5.根据权利要求4所述的电路，其中，所述数字电流基准在所述数
字控制器的内部产生或来自外部源。
6.根据权利要求2到5中的任一项权利要求所述的电路，其中，所
述电力转换器中的电流Imes的电流值、所述电流基准Iref、以及所述电
流误差值Ierr都是模拟值。
7.根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的电路，其中，所述
电力转换器适于接收所述逻辑控制信号并且通过关闭或打开其中的一个
或多个开关来对所述逻辑控制信号做出响应。
8.根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的电路，其中，所述
数字控制器被布置为用根据所述逻辑输入信号的先前转变的定时计算的
定时来产生所述逻辑控制信号。
9.根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的电路，其中，所述
数字控制器是例如现场可编程门阵列或微处理器的数字构件。
10.根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的电路，所述电路用
于在电力转换器控制中使用，以控制所述电力转换器的切换。

【专利技术属性】
技术研发人员：奥利维尔·贝拉尔德，
申请(专利权)人：美国能量变换公司，
类型：发明
国别省市：美国;US