一种串联电压补偿式脉冲电源及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种串联电压补偿式脉冲电源及控制方法。所述串联电压补偿式脉冲电源由功率变换器1、隔离双向DC/DC变换器、无源解耦电容C1和电压补偿电容C2四部分构成。功率变换器1输出端连接到脉冲功率负载，隔离双向DC/DC双向变换器的端口1连接到无源解耦电容C1，端口2连接到电压补偿电容C2，端口1和端口2串联后跨接到功率变换器1的输出端。通过功率变换器1控制负载端电压和输入电流，通过隔离双向DC/DC变换器控制电压补偿电容C2的电压。本发明专利技术能够降低电源体积重量，提高功率密度，减少功率变换级数，提高电源效率，并且无需改变现有电源系统结构，适用于向脉冲负载供电的场合。合。合。

【技术实现步骤摘要】
一种串联电压补偿式脉冲电源及控制方法


[0001]本专利技术涉及一种供电电源及控制方法，具体涉及一种串联电压补偿式脉冲电源及控制方法，属于电力电子变换及供电系统领域。

技术介绍

[0002]以合成孔径雷达和相控阵雷达为代表的脉冲功率负载日益增多，此类负载需要脉冲电源能够提供稳定电压和脉冲电流。
[0003]传统脉冲电源通过在功率变换器1的负载端堆叠大容量电容阵缓冲负载脉冲功率以实现功率解耦，电容阵承担全部脉动功率。由于输出电压脉内顶降要求小，电压等级较低，负载峰均功率比高，解耦电容阵的容量和体积重量很大，电源功率密度很低。
[0004]为解决传统脉冲电源中存在的问题，有源功率解耦方案被提出，例如文献“X.Huang，X.Ruan，F.Du，F.Liu and L.Zhang，
″
A Pulsed Power Supply Adopting Active Capacitor Converter for Low
‑
Voltage and Low
‑
Frequency Pulsed Loads，
″
in IEEE Transactions on Power Electronics，vol.33，no.11，pp.9219
‑
9230，Nov.2018.”提出一种并联型结构，采用移相全桥变换器提供平均功率，Buck/Boost双向变换器低压端口与移相全桥变换器输出端并联，高压端口连接到解耦电容，以处理脉动功率分量，即负载峰值功率期间，解耦电容通过Buck/Boost双向变换器放电，补偿不足的功率部分；谷值功率期间，移相全桥变换器多余的功率部分通过Buck/Boost双向变换器给解耦电容充电。这种方案的优点是解耦电容未直接与脉冲负载相连，允许电压波动范围较大，电压等级较高，因此电容能够减小，电源的功率密度能够提高。但这种方案中所有脉冲功率分量需经过三级功率变换到达负载侧，功率变换级数多，系统效率低。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提出一种串联电压补偿式脉冲电源及控制方法，以解决传统无源解耦方案与现有有源解耦方案的不足。
[0006]本专利技术通过以下技术方案实现：
[0007]一种串联电压补偿式脉冲电源，包括一个功率变换器1、一个隔离双向DC/DC变换器、一个无源解耦电容C1和一个电压补偿电容C2；
[0008]功率变换器1提供负载所需平均功率，隔离双向DC/DC变换器、无源解耦电容C1和电压补偿电容C2构成的整体提供负载所需的脉冲功率分量；
[0009]功率变换器1的输出端连接到脉冲功率负载，其实现方式有两种：
[0010]方式1：采用单级式变换器实现，可以是隔离或非隔离AC/DC变换器、隔离或非隔离DC/DC变换器
[0011]方式2：采用两级式变换器实现，前级可以是隔离或非隔离AC/DC变换器、隔离或非隔离DC/DC变换器，后级可以是隔离或非隔离DC/DC变换器；
[0012]隔离双向DC/DC变换器端口1连接到无源解耦电容C1，端口2连接到电压补偿电容
C2，端口1和端口2串联后，隔离双向DC/DC变换器、无源解耦电容C1和电压补偿电容C2构成的整体与功率变换器1连接方式有两种：
[0013]方式a：功率变换器1采用方式1和方式2实现时，隔离双向DC/DC变换器、无源解耦电容C1和电压补偿电容C2构成的整体可跨接在功率变换器1的输出端；
[0014]方式b：功率变换器1采用方式2实现时，隔离双向DC/DC变换器、无源解耦电容C1和电压补偿电容C2构成的整体可跨接在功率变换器1的直流母线上；
[0015]隔离双向DC/DC变换器的实现方式有两种：
[0016]方式α：采用单级隔离双向DC/DC变换器，单级隔离双向DC/DC变换器的端口1连接到无源解耦电容C1，端口2连接到电压补偿电容C2；
[0017]方式β：采用前级隔离双向DC/DC变换器级联后级非隔离双向DC/DC变换器，前级隔离双向DC/DC变换器的一个端口连接到无源解耦电容C1，后级非隔离双向DC/DC变换器的一个端口连接到电压补偿电容C2，前级隔离双向DC/DC变换器的另一个端口与后级非隔离双向DC/DC变换器的另一个端口相连；
[0018]无源解耦电容C1用作功率解耦，需按负载峰值功率和电压波动设计，电容容值相对较大，同时电容电压波动范围较大；
[0019]电压补偿电容C2用于补偿无源解耦电容C1电压波动，按开关频率电压纹波设计，电容容值相对较小，其与无源解耦电容C1波动范围相同，波动方向相反；
[0020]负载所需功率只经过功率变换器1处理后到达负载，无需经过其他的功率变换；
[0021]功率变换器1控制负载端电压、直流母线电压和输入电流，隔离双向DC/DC变换器控制电压补偿电容C2电压：
[0022]对于功率变换器1，根据其实现方式采用两种方法进行控制，下面对其控制过程分别进行描述：
[0023]a、功率变换器1采用方式1实现时，隔离双向DC/DC变换器、无源解耦电容C1和电压补偿电容C2构成的整体与单级式变换器连接方式只可采用方式a；对单级式变换器负载端电压信号v
o
和输入端电流i
in
采样，电压基准信号V
or
与v
o
相减后得到误差信号v
oe
，误差信号经过电压调节器1调节后得到输入电流参考信号i
inr
，i
inr
与i
in
相减后得到电流环误差信号i
ine
，该信号经过电流调节器1和脉冲调制器后得到单级式变换器的驱动信号，从而调节负载端电压和输入端电流；
[0024]b、功率变换器1采用方式2实现时，隔离双向DC/DC变换器、无源解耦电容C1和电压补偿电容C2构成的整体可采用方式a和b与功率变换器1连接；前级变换器控制母线电压v
bus
和输入电流i
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，后级变换器控制负载侧电压v
o
；对母线电压v
bus
和输入端电流i
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采样，母线电压基准信号V
busr
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，误差信号经过电压调节器2调节后得到输入电流参考信号i
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，i
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与i
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相减后得到电流环误差信号i
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，该信号经过电流调节器2和脉冲调制器后得到前级变换器的驱动信号，从而调节其母线电压和输入端电流；对负载端电压信号v
o
采样，电压基准信号v
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与v
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相减后得到误差信号v
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，误差信号经过电压调节器3调节后得到后级变换器的驱动信号，从而调节负载本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种串联电压补偿式脉冲电源，包括一个功率变换器1、一个隔离双向DC/DC变换器、一个无源解耦电容C1和一个电压补偿电容C2，其特征在于，包括：所述功率变换器1提供负载所需平均功率，隔离双向DC/DC变换器、无源解耦电容C1和电压补偿电容C2构成的整体提供负载所需的脉冲功率分量；功率变换器1的输出端连接到脉冲功率负载，其实现方式有两种：方式1：采用单级式变换器实现，可以是隔离或非隔离AC/DC变换器、隔离或非隔离DC/DC变换器方式2：采用两级式变换器实现，前级可以是隔离或非隔离AC/DC变换器、隔离或非隔离DC/DC变换器，后级可以是隔离或非隔离DC/DC变换器；隔离双向DC/DC变换器端口1连接到无源解耦电容C1，端口2连接到电压补偿电容C2，端口1和端口2串联后，隔离双向DC/DC变换器、无源解耦电容C1和电压补偿电容C2构成的整体与功率变换器1连接方式有两种：方式a：功率变换器1采用方式1和方式2实现时，隔离双向DC/DC变换器、无源解耦电容C1和电压补偿电容C2构成的整体可跨接在功率变换器1的输出端；方式b：功率变换器1采用方式2实现时，隔离双向DC/DC变换器、无源解耦电容C1和电压补偿电容C2构成的整体可跨接在功率变换器1的直流母线上；隔离双向DC/DC变换器的实现方式有两种：方式α：采用单级隔离双向DC/DC变换器，单级隔离双向DC/DC变换器的端口1连接到无源解耦电容C1，端口2连接到电压补偿电容C2；方式β：采用前级隔离双向DC/DC变换器级联后级非隔离双向DC/DC变换器，前级隔离双向DC/DC变换器的一个端口连接到无源解耦电容C1，后级非隔离双向DC/DC变换器的一个端口连接到电压补偿电容C2，前级隔离双向DC/DC变换器的另一个端口与后级非隔离双向DC/DC变换器的另一个端口相连；无源解耦电容C1用作功率解耦，需按负载峰值功率和电压波动设计，电容容值相对较大，同时电容电压波动范围较大；电压补偿电容C2用于补偿无源解耦电容C1电压波动，按开关频率电压纹波设计，电容容值相对较小，其与无源解耦电容C1波动范围相同，波动方向相反；负载所需功率只经过功率变换器1处理后到达负载，无需经过其他的功率变换。2.根据权利要求1所述供电系统的控制方法，其特征在于，功率变换器1控制负载端电压、直流母线电压和输入电流，隔离双向DC/DC变换器控制电压补偿电容C2电压：对于功率变换器1，根据其实现方式采用两种方法进行控制，下面对其控制过程分别进行描述：a、功率变换器1采用方式1实现时，隔离双向DC/DC变换器、无源解耦电容C1和电压补偿电容C2构成的整体与单级式变换器连接方式只可采用方式a；对单级式变换器负载端电压信号v
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【专利技术属性】
技术研发人员：张佐乾，吴红飞，黄家杰，杜益如，邢岩，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：