一种高精度宽范围的隔离型直流电源制造技术

本发明专利技术公开了一种高精度宽范围的隔离型直流电源。该电源包括三相电网经主电路连接负载，控制器连接主电路，主电路为混合拓扑主电路，由三相滤波电路、三相交流—直流变换器，单相直流—交流变换器连接一个单相交流—直流变换器构成；控制器为可编程高精度宽范围控制器，由一个主控单元连接一个驱动电路a、一个驱动电路b，并经一个A/D转换模块连接一个电压传感器、一个电流传感器构成；所述电压传感器和电流传感器；主控单元根据采集到的电压、电流信号及控制要求产生PWM波。本发明专利技术采用基于电流源型变换器的新型混合变换器拓扑结构可以避免由于受到增益比的限制电压很难宽范围精确调节的问题，特别是低压和小电流时电流源型变换器精度都较电压源型高。

A High Precision and Wide Range Isolated DC Power Supply

The invention discloses an isolated DC power supply with high precision and wide range. The power supply consists of three-phase power grid connected with load through main circuit and controller connected with main circuit. The main circuit is a mixed-topology main circuit. It consists of three-phase filter circuit, three-phase AC-DC converter, single-phase DC-AC converter connected with a single-phase AC-DC converter. The controller is a programmable high-precision wide-range controller with a main control unit connected with a driving electric. A circuit a, a driving circuit b, and connected by an A/D conversion module to a voltage sensor and a current sensor; the voltage sensor and the current sensor; the main control unit generates PWM waves according to the collected voltage and current signals and control requirements. The novel hybrid converter topology based on current source converter can avoid the problem that voltage is difficult to be accurately regulated in a wide range due to the limitation of gain ratio, especially when low voltage and small current are used, the precision of current source converter is higher than that of voltage source converter.

【技术实现步骤摘要】
一种高精度宽范围的隔离型直流电源
本专利技术涉及一种高精度宽范围的隔离型直流电源。
技术介绍
直流电源和负载装置是一种实现能源转化与多样化应用的核心装置，广泛应用于各行各业，从电源适配器、开关稳压电源到直流输配电系统都无处不在。随着电力电子与控制技术的飞速发展，高性能直流电源除了可以作为直流系统的电源、通讯基站电源、实验测试电源等通用电源使用外，还可以作为光伏模拟电源使用。传统的电压源性PWM变换器作为可控整流器时，由于直流侧的最低输出电压也需要接近交流侧的峰值电压，因此在宽范围输出时不能仅采用单级AC/DC使用，而是常采用AC/DC/DC双级拓扑，但如前所述由于直流母线电压过高，在直流侧负载要求输出电压和电流比较小时，由于电压源型变换器控制死区的存在和DC/DC最优增益比与稳定增益比要求限制，基本不能做到低压小电流的高精度控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供了一种高精度宽范围的隔离型直流电源。该电源的主电路采用电流源型AC-DC变换器、电流与电压源型混合的DC-DC变换器相结合的新型混合拓扑结构，可以实现电流与电压的宽范围调节以及电网端与负载端的电气隔离；控制电路采用前馈与滑模控制等控制方法产生PWM波，控制主电路中三相整流桥中电力电子器件开关信号，实现输出电流与电压信号与输入信号的精准跟随。为达到上述目的，本专利技术的构思是：本专利技术涉及的一种高精度宽范围的隔离型直流电源，该系统如图1所示。该系统主电路包括①三相电流源型变换器、②电流源型变换器、③高频变压器、④电压源型变换器和⑤滤波器。所述三相电流源型变换器采集电网侧工频交流电信号整流成直流信号；所述电流源型变换器将采集到的直流信号转成交流方波信号，输送给变压器；所述高频变压器用于使电网端与负载端实现电气隔离，否则可能会造成线路短路，此外，使用变压器也便于使用时的并联扩容；所述电压源型变换器采用单相全桥式二极管整流方式将变压器得到的交流方波信号转换成直流信号，经滤波后输送给负载。当电源工作时，控制电路生成三相桥电力电子器件的PWM开关信号，主电路三相整流桥将电网三相电整流成单相直流电，经电感滤波后，信号传输至逆变桥，产生正负电信号时间各占50％的交流方波；通过高频变压器，调节电流电压幅值，使其满足负载需要；而后再经过整流桥得到所需的直流电信号，最后经过滤波，将电信号传输给负载进行供电。所述的电流源型三相桥为六个电力电子开关及电感、电容组成的三相全桥电路。所述的电流源型变换器为四个电力电子开关组成的逆变桥电路。所述的高频变压器为高频隔离变压器。所述的电压源型变换器为四个单向二极管组成的单相全桥电路。所述的滤波器为电感、电容、电阻组成的RLC串联滤波电路。其中：主电路可以等效成BUCK电路，交流电压根据三相电流型变换器开关管的PWM动作矢量合成与直流电源Vs等效；负载侧与直流电容等效；S与三相电流型变换器的6个有效开关矢量状态形成等价关系。D一部分作为与三相电流源型变换器的6个开关形成三个零状态等价关系，即同一桥臂上下管同时导通，也可以看作为主电路D17与S17续流通路形成的等价关系。因此，混合拓扑可以如Buck电路一样对直流电感电流iL进行控制。根据上述专利技术构思，本专利技术采用下述技术方案：一种高精度宽范围的隔离型直流电源包括三相电网经主电路连接负载，控制器连接主电路，其特征在于：所述主电路为混合拓扑主电路，由三相滤波电路、一个三相交流—直流变换器，一个单相直流—交流变换器连接一个单相交流—直流变换器构成；所述控制器为可编程高精度宽范围控制器，由一个主控单元连接一个驱动电路a、一个驱动电路b，并经一个A/D转换模块连接一个电压传感器、一个电流传感器构成；所述主控单元采用DSP芯片TMS320F28335，所述驱动电路a连接三相交流—变换器，所述驱动电路b连接单相直流—交流变换器，所述电压传感器和电流传感器，采集电流源型三相桥中交流母线的两相电压信号及输出直流母线的电压与电流信号；所述A/D转换模块采用LTC1403串行模数转换器，将电压与电流模拟信号转换成数字信号，串行输送至主控单元；主控单元根据采集到的电压、电流信号及控制要求产生PWM波，通过驱动电路用以控制三相整流桥上开关管的通断。本专利技术采用基于电流源型变换器的新型混合变换器拓扑结构来代替常用的电压源型AC-DC和DC-DC双级变换器拓扑；基于等效BUCK电路模型和滑模控制，采用电压空间矢量代替电流空间矢量的新型低谐波PWM逻辑，实现对混合拓扑的多模式控制。与现有技术相比，本专利技术具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进步：1、电网侧与负载侧存在高频变压器，实现电气隔离；2、由于变压器的存在，便于多电源的并联扩容；该系统控制电路包括驱动电路、电压电流检测单元、A/D转换单元和主控单元。所述电压与电流检测单元为两个交流电压传感器、一个直流电压传感器和一个直流电流传感器，采集电流源型三相桥中交流母线的两相电压信号及输出直流母线的电压与电流信号；所述A/D转换单元采用LTC1403串行模数转换器，将电压与电流模拟信号转换成数字信号，串行输送至主控单元；主控单元采用DSP芯片TMS320F28335，根据采集到的电压、电流信号及控制要求产生PWM波，通过驱动电路用以控制三相整流桥上开关管的通断。当电源工作时，采集两相输入相电压，转换到旋转直角坐标系，经锁相环确定电压角度，并且确定等效电压Vs；设置好参数的功能控制模块采集负载端直流母线电压与电流，输出预先设置好的参数对应的设定参考电流，同时根据直流母线电流电压与电容Cf1上的漏电流以及设定电流，经过滑模控制与前馈控制得到设定参考电压V*s。最后由设定电压与实际电压计算出占空比，得到对应的PWM信号，控制三相桥电力电子器件，逐步使得输出电信号跟随输入的电信号。主控单元采用由等价电压矢量来控制直流电感L电流瞬时值的占空比计算方法来代替传统电流矢量方法，通过电压矢量产生PWM波，对开关管进行控制。与现有技术相比，本控制方法的有益效果在于：1、电流电压调节范围大，响应速度快；2、在低压、小电流时控制的稳定性较高、不易发散、精度较好。附图说明图1为混合变换器主电路拓扑结构示意图；图2为工作原理与电流路径示意图；图3为电流空间矢量图；图4为电压空间矢量图；图5为开关最优切换顺序的判定；图6为混合拓扑电路的等价电路；图7为开关在一个周期内开关状态下电感Ldc的电流；图8为控制电路的控制策略框图；图9为光伏模拟电路的控制结构框图；图10为光伏电池等效电路；图11为光伏电池输出I-V曲线。具体实施方式本专利技术的优选实施例结合附图详述如下：实施例一：参见图1，本高精度宽范围的隔离型直流电源包括三相电网经主电路连接负载，控制器连接主电路。其特征在于：所述主电路为混合拓扑主电路，由三相滤波电路、一个三相交流—直流变换器，一个单相直流—交流变换器连接一个单相交流—直流变换器构成；所述控制器为可编程高精度宽范围控制器，由一个主控单元连接一个驱动电路a、一个驱动电路b，并经一个A/D转换模块连接一个电压传感器、一个电流传感器构成；所述主控单元采用DSP芯片TMS320F28335，所述驱动电路a连接三相交流—变换器，所述驱动电路b连接单相直流—交流变换器，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高精度宽范围的隔离型直流电源，包括三相电网（1）经主电路（2）连接负载，（3）控制器（4）连接主电路（2），其特征在于：所述主电路（2）为混合拓扑主电路，由三相滤波电路、一个三相交流—直流变换器（2‑1），一个单相直流—交流变换器（2‑2）连接一个单相交流—直流变换器（2‑3）构成；所述控制器（4）为可编程高精度宽范围控制器，由一个主控单元（4‑1）连接一个驱动电路a（4‑2）、一个驱动电路b（4‑3），并经一个A/D转换模块（4‑6）连接一个电压传感器（4‑4）、一个电流传感器（4‑5）构成；所述主控单元（4‑1）采用DSP芯片TMS320F28335，所述驱动电路a（4‑2）连接三相交流—直流变换器（2‑1），所述驱动电路b（4‑3）连接单相直流—交流变换器（2‑2），所述电压传感器（4‑4）和电流传感器（4‑5），采集电流源型三相桥中交流母线的两相电压信号及输出直流母线的电压与电流信号；所述A/D转换模块（4‑6）采用LTC1403串行模数转换器，将电压与电流模拟信号转换成数字信号，串行输送至主控单元（4‑1）；主控单元（4‑1）根据采集到的电压、电流信号及控制要求产生PWM波，通过驱动电路（4‑2、4‑3）用以控制三相整流桥上开关管的通断。...

【技术特征摘要】
1.一种高精度宽范围的隔离型直流电源，包括三相电网（1）经主电路（2）连接负载，（3）控制器（4）连接主电路（2），其特征在于：所述主电路（2）为混合拓扑主电路，由三相滤波电路、一个三相交流—直流变换器（2-1），一个单相直流—交流变换器（2-2）连接一个单相交流—直流变换器（2-3）构成；所述控制器（4）为可编程高精度宽范围控制器，由一个主控单元（4-1）连接一个驱动电路a（4-2）、一个驱动电路b（4-3），并经一个A/D转换模块（4-6）连接一个电压传感器（4-4）、一个电流传感器（4-5）构成；所述主控单元（4-1）采用DSP芯片TMS320F28335，所述驱动电路a（4-2）连接三相交流—直流变换器（2-1），所述驱动电路b（4-3）连接单相直流—交流变换器（2-2），所述电压传感器（4-4）...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵剑飞，俞涛，刘廷章，花敏琪，洪新海，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31