一种基于临界电流控制的逆变器延时补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种基于临界电流控制的逆变器延时补偿方法，属于电力电子变换器技术领域。基于临界电流控制的逆变器通过控制电感电流双向流动实现开关管的软开关，而实际控制电路中使用的比较器、PWM模块和驱动电路等非理想因素产生的延时和软开关过程的死区时间会带来电感电流的控制偏差。传统的死区补偿方式一般针对定频控制，而且忽略开关管的寄生电容，不适用于临界电流控制，本发明专利技术全面考虑临界电流控制中所有控制延时和死区时间的影响，能够精确补偿电感电流的控制偏差，改善输出并网电流的波形质量。

An inverter delay compensation method based on critical current control

The invention discloses an inverter time-delay compensation method based on a critical current control, which belongs to the technical field of power electronic converters. By controlling the two-way flow of inductor current to achieve switches' soft switching inverter control based on critical current, dead time process and the actual control circuit used in the comparator, the PWM module and the drive circuit to produce non ideal factors of delay and soft switching control deviation with incoming current sense. Dead time compensation of traditional for fixed frequency control, and ignore the parasitic capacitance switch tube, does not apply to the control of critical current, comprehensive consideration of the invention affect the critical current control of all control delay and dead time, can control the accurate compensation inductor current deviation, improve the waveform quality of the grid current output.

【技术实现步骤摘要】
一种基于临界电流控制的逆变器延时补偿方法
本专利技术涉及一种基于临界电流控制的逆变器延时补偿方法，属于电力电子变换器

技术介绍
并网逆变器在新能源发电和分布式发电等场合具有广泛的应用前景。提高逆变器的开关频率是并网逆变器设计的重要趋势，提高开关频率可以减小无源元件的体积，进而可以提高并网逆变器的功率密度。然而，提高开关频率不仅会增加开关损耗，还会带来更严重的电磁干扰问题。软开关技术的应用能够有效降低开关损耗，有助于开关频率的提高，降低逆变器的体积，同时还能降低电磁干扰。目前的软开关技术主要分为被动式软开关技术和主动式软开关技术。被动式软开关技术主要包括无源软开关技术和有源软开关技术。然而被动式软开关技术都需要额外的器件和辅助电路，不仅增加了并网逆变器的体积、成本和重量，还增加了控制的复杂度。而基于临界电流控制的主动式软开关技术可以在不增加任何额外器件和电路的情况下，通过控制逆变侧电感电流在每个开关周期内双向流动，实现功率开关管的零电压开通，附图1给出了主电路拓扑以及该控制策略下的电感电流波形示意图。附图1(a)为主电路拓扑，即全桥逆变电路，没有增加任何额外器件和辅助电路。附图1(b)为该控制策略下逆变侧电感电流波形示意图，电感电流在每个开关周期内双向流动，负向电流为开关管实现ZVS提供了条件。为了利用软件预测控制的灵活与方便、硬件复位控制的准确性和快速性等特点，采用软件预测控制与硬件复位控制相结合的数模混合控制方式实现临界电流控制策略。在电网电压正半周期内，电感电流上包络线由软件计算开通时间进行控制，开关电感电流下包络线的控制通过硬件复位实现，如附图2(a)所示。因为实际控制电路和功率开关管驱动电路等非理想因素产生的控制延时的存在，电感电流上下包络线与预期设定之间会有较大偏差，导致输出电流发生畸变，降低了输出电流波形质量，如附图2(b)所示。传统的死区补偿方式主要针对固定的开关频率，一般忽略开关管输出寄生电容的影响，而基于临界电流模式的控制策略的开关频率是变化的，而且利用电感电流在死区时间内对寄生电容充放电实现开关管的软开关，实际电感电流在死区时间内有一定偏差，因此传统的补偿方式不适用于临界电流模式控制。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对基于临界电流控制的逆变器由控制延时和死区时间造成输出并网电流畸变问题以及传统死区补偿方式缺陷，提供一种精确的延时和死区时间的实时补偿方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于临界电流控制的逆变器延时补偿方法通过实时计算补偿控制延时和死区时间来修正电感电流的偏差，从而解决了并网电流的失真和过零畸变问题。该延时补偿方法通过采样直流母线电压和输出电压，实时计算控制延时和死区时间导致控制量的偏差，对硬件复位控制的电感电流复位线、软件预测控制的开通时间进行补偿，从而消除电感电流的控制偏差。本专利技术具有如下有益效果：(1)不需要增加额外硬件电路，仅通过软件实时计算实现延时和死区补偿；(2)通过延时和死区实时补偿，改善输出电流波形质量，降低输出电流的总谐波失真。附图说明附图1是主电路拓扑以及基于临界电流控制的逆变侧电感电流波形示意图；附图2是采用硬件复位控制和软件预测控制结合的数模混合控制方式以及控制延时和死区时间对电感电流和输出电流的影响示意图；附图3是硬件复位控制和软件预测控制中开关管开关切换过程的电压电流波形图；附图4是硬件复位控制时开关管开关切换过程的模态图；附图5是软件预测控制时开关管开关切换过程的模态图；附图6是延时和死区补偿前后逆变器输出电流和电感电流仿真波形图，其中，附图6(a)为未加延时和死区补偿的电流波形，输出电流THD为3.43％，附图6(b)为加复位控制延时和死区补偿的电流波形，输出电流THD为2.98％，附图6(c)为加预测控制与复位控制延时和死区补偿的电流波形，输出电流THD为1.12％；附图7是延时和死区补偿前后逆变器在半载下输出电流和电感电流实验波形图，其中，附图7(a)为半载下未加延时和死区补偿的电流波形，输出电流THD分别为3.8％，附图7(b)为半载下加预测控制与复位控制延时和死区补偿的电流波形，输出电流THD为1.2％；附图8是延时和死区补偿前后逆变器在满载下输出电流和电感电流实验波形图，其中，附图8(a)为满载下未加延时和死区补偿的电流波形，输出电流THD为2.8％，附图8(b)为满载下加预测控制与复位控制延时和死区补偿的电流波形，输出电流THD为1.2％；附图9是基于临界电流控制的逆变器延时补偿方法实施流程图以上附图中的符号名称：Vdc为直流母线电压值，Vg为电网电压有效值，Q1、Q2、Q3、Q4分别为全桥逆变电路的四个开关管，Ls为逆变侧开关电感，Co为输出滤波电容，Lo为输出滤波电感，iLs为逆变侧开关电感电流，IB为电感电流复位线电流值，ΔiLower、ΔiUpper分别为硬件复位控制和软件预测控制的电感电流控制偏差，io为输出电流，CMP为高速模拟比较器输出，PWM为开关管Q1、Q2对应的PWM信号，vGS1、vGS2分别为开关管Q1、Q2的驱动信号，vds1、vds2分别为开关管Q1、Q2的漏源极电压，tdLower、tdUpper分别为开关管Q1、Q2对应的死区时间，t、t0～t14为时间。具体实施方式结合附图对本专利技术的技术方案进行详细说明。本专利技术基于临界电流控制的逆变器延时补偿方法根据控制延时和死区时间对电感电流、输出电流的影响，实时计算电感电流的补偿量，消除电感电流的控制偏差。下面分析控制延时和死区时间导致的电感电流控制偏差。复位控制模态I：如附图4(a)所示，开关管Q2、Q4导通，逆变侧电感电流线性下降，主要有下面三个阶段：阶段一[t0-t1]：t0时刻逆变侧电感电流线性下降到高速模拟比较器设定的下限复位值。经过比较器的大信号响应时间tCMP后比较器输出故障信号到PWM模块。PWM模块经过故障触发响应时间tFLT后复位自身时基并翻转PWM输出信号。阶段二[t1-t2]：t1时刻PWM输出信号翻转。经过驱动电路的关断延时toffDRV后，Q2的驱动信号开始下降。阶段三[t2-t3]：经过关断时间tfDRV后，t3时刻开关管Q2的驱动信号下降到其驱动门槛电压vt，开关管Q2关断。模态II：如附图4(b)所示，开关管Q2关断后，逆变侧电感电流开始对开关管Q1、Q2的结电容进行充放电，开关管Q1、Q2的漏源极电压分别线性下降、线性上升：阶段四[t3-t4]：t4时刻开关管Q2的漏源极电压上升到电网电压vg，此时逆变侧电感两端电压为零，电感电流达到负向最大值(开关管等效结电容为Cs)。阶段五[t4-t5]：开关管Q1的漏源极电压继续线性下降，t5时刻漏源极电压下降到零。模态III：如附图4(c)所示，开关管Q1的漏源极电压下降到零后，其体二极管开始导通：阶段六[t5-t6]：PWM模块时基复位后，经过设定的死区时间tdLow后输出开关管Q1的PWM信号。t6-t5＝tdLower-toffDRV-tfDRV-tZVSLower(3)根据模态分析可以得出，从逆变侧电感电流下降至设定的下限复位值到电感电流达到负向最大值的时间就是复位控制中的延时总和，可以得出相应的补偿电流大小：tdlyLower＝tCMP+t本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于临界电流混合控制的并网逆变器延时补偿方法，其特征在于：通过实时计算控制延时以及死区对电感电流的影响，改变开关管开通或者关断时间实现精确补偿控制延时和死区效应，提高输出并网电流波形质量。

【技术特征摘要】
1.一种基于临界电流混合控制的并网逆变器延时补偿方法，其特征在于：通过实时计算控制延时以及死区对电感电流的影响，改变开关管开通或者关断时间实现精确补偿控制延时和死区效应，提高输出并网电流波形质量。2.根据权利要求1所述一种基于临界电流控制的逆变器延时补偿方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：许亚坡，胡海兵，于波，陈浩，尹浩，曹炀，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32