（电力电子与电力传动专业论文）基于gal数模混合控制的并联直流电源研究.pdf

塑垩查兰堡主丝兰 a b s t r a c t i td e m a n d sv e r yl a r g el o a dc u r r e n ti nt h ep l a t i n gp o w e rs u p p l y s ot h ep o w e r s o u r c eh a sf o u rh a l 棚g ec o n v e n e r sp a r a l l e l e d t os u p p l yt l l eh e a v yi o a dc u r r e n t e a c hc o n v e r t e rc a i ls u p p l ylo o ac u r r n ta n dj t w i l lo u t p u ta d j u s t a b l ev 0 1 t a g er a n g f b 彻o vt o1 2 vt h e 厅e q u e n c yo f t h es 埘t c hi s2 0k h z b u tt h el o a dc u r r c n to f e a c h c o n v e r t e ri ss e r j o u s l yd i 骶r e m s oan o v e lc u r r e ms h a “n gs c h e m eo fp a r a l l e l e dp o w e rm o d u l e ss y s t e mb a s e do n g a li si n 仃o d u c e di nt h ep a p e ras i n 出ep w m m o d u i a t o rc o n t r o l st 1 1 es y s t e m ，a i l dt 1 1 e c u r r e mo fe a c hp o w e rm o d u l ei ss e n s e d ，a n db a l a n c e db yam a g n e t i c 唧p i i f i e r ，w h i c h p o s t r e g u j a t ei t so u t p u tv o l t a g e i tm o d u l a t e s 也ep w ms i g n a lu t m z i n gt h ed i 行e r e n tp e r f 豳a 1 1 c eb e t w e e n s a t i l m t e di n d u c t o ra 1 1 du n s a t u r a t e di n d u c t o r w h e nt h es a t u r a t i n gi n d u c t o rh a sn o t s 棚a t e d ，t h em a g n e t i cs w i t c hs h u t sd o w n a n dw h e n i ts a t l l r a t e s ，i tw o r k sj na d i r e c t s h o nc o n d i t i o n w ec o n t m lt h ec u r r e mo ft 1 1 ew i n d i n g ，a l 】dt h er e s e tbr ，a n d t h e nw ec a nm o d u l a t et 1 1 ep u l s e 谢d t h s ot h em a g a m pi su s e da sas e c o n d a r y m o d u l a t o t i ts h o u l db ed r o v e da saf b a s i b l es c h e m e ， s oa f o u 卜c o n v e r t e r s - p a r a l l e l e d p r o t o t y p et h 醴c a ns u p p l y4 0 0 a c u r r e n ti sn e e d e d w es h a r e 也el o a di nt h ep r o t o l y p e ， f i r s t l y t h e ni ti m r o d u c e ds o m et h e o r ya b o u t 咖b i l i t yo f 血ep l a t i n gs u p p l y l a s t l y ，t l l e 1 0 a dc u r r e n ti ss h a r e di nt h ef o u r - c o n v e r t e r s p a r a 舯e l e dp m t o t y p et h a tc a l ls u p p l y4 0 0 a c l 】r r e n t k e yw o r d s ：p l a t i n gs u p p m u i t i - p a 碍u e i e dc o 珏v e r t e 礴，h a 睢b r i d g e ，g a l ， c u r r e n ts h a r i g 浙江人学硕士论文 第一章绪论 功率半导体制造技术、微电子技术、计算机技术及控制理论的不断进步带来 了电力电子技术在器件 2 0 应用上和能量变换应用上的日趋成熟，从而也引发了 电源系统的历史性革命，使得体积小、重量轻、高效率、低纹波、动态响应快、 控制精度高的高频开关电源 1 儿5 取代传统线形电源成为不可逆转的趋势。随着 科学技术的发展和现代化生产的发展，尤其是大型通讯基站、发电j 、变电所、 工业应用等场合，对大容量的直流电源系统 4 1 9 的功率密度和系统的可靠性 也提出了越来越高的要求。 当需要大功率输出时，可采用小功率电源模块、大规模控制集成电路做基本 部件，组成“积木式”智能化大功率供电电源，即采用n 个单元并联的方法 3 】，这 样做在技术上可以既大大的减轻了对大功率元器件和装置的研制压力，提高模块 的功率密度，使电源系统的体积、重量下降，各个模块的功率半导体的电流应力 减小，提高了整个系统的可靠性；生产上可以方便的实现冗余，减少产品的种类， 便于标准化和模块化；在经济上，可以降低成本。 关电源并联技术的重要性目益增加。但是并联的开关变换器模块间需要采用 均流措施，用于保证模块间电流应力和热应力的均匀分配，防止一台或多台模块 运行在电流极限值状态。因此采用可靠的均流措施是实现大功率电源系统的关 键。因为并联运行的各个模块特性不一致，外特性好( 电压调整率小) 的模块， 可能承担更多的电流，甚至过载，从而使某些外特性比较差的模块运行于轻载， 甚至基本上是空载运行。其结果必然是分担电流多的模块，热应力大，降低了可 靠性，缩短了寿命，甚至系统根本不能正常运行f 7 8 。 1 1 课题研究的背景 在大功率d c d c 开关电源中，为了获得更大的功率特别是为了得到大电流 时，经常采用n 个单元并联的方法。多个单儿并联具有高可靠性，并能实现电 路模块标准化等优点。然而在并联系统中遇到的主要问题就是电流不均，特别在 重负载时，会引起较为严重的后果。本文探索了一种新的基于g a l 后级调整的 均流控制方法。 浙江大学硕士论文 一般来说，开关电源是不能自然并联的运行的。例如表1 一l 的数据是一台实 验并联开关电源样机在没有加均流控制前的测试数据：1 2 v1 0 0 a 输出的3 路半 桥变换器并联的丌关电源，工作频率为2 0 k 。不加均流控制，带上7 0 满载进行 测量每一路输出电流得到表1 1 的数据。 实验次第一路电第二路电第三路电 数流( a )流( a )流( a ) l6 7 _ 29 4 14 7 5 26 79 4 44 7 3 36 7 1 9 4 5 4 7 表1 1带7 0 负载时并联系统各路输出电流 从数据看出不对系统进行均流控制时，带上满载时很可能造成某一路的电流 过大，从而烧坏开关管，然后整个并联系统每路都过流，使系统崩溃。所以对于 多路并联的开关电源系统最重要的就是要实现各个并联模块之间的自动均流。 1 2 均流原理 18 2 1 】 对若干个开关变换器模块并联的电源系统，要求各个模块承受的电流能自动 平衡，实现均流，实现均流的方法很多，如：输出阻抗法、主从法、平均电流法、 最大电流法、按热应力自动均流法、外加均流控制器法等，下面分别介绍。 输出阻抗法即d m o p ( 下垂，倾斜) 法，该方法实现最为简单，通过改变输 出阻抗来控制均流，凋节丌关变换器的外特性倾斜度( 即调节输出阻抗) ，以达 到并联模块接近均流的目的。这种方法是一种简单的大致均流的方法，从本质上 说属于开环控制。在小电流时电流分配特性差，重载时分配特性好一点，但仍不 均衡。其缺点是：电压调整率下降，为达到均流，每个模块必须个别调整；对于 不同额定功率的并联模块，难以实现均流。因此该法通常用于电压调整率较差的 场合中。 主从均流法【1 6 】，浚法通过设置某一个模块为“主模块”，而其余各模块跟 从主模块的分配电流，称为从模块。该方法适用于采用电流型控制的并联系统。 每个从模块的电流基准采用主模块的电流值，从而与主模块电流基本一致，从而 实现了均流。使用该方法的主要缺点是：主从模块间必须有通讯联系，使系统 浙江大学硕士论文 复杂。一旦主模块失效，则整个电源系统不能e 常工作，因此该方法不适用于 冗余并联系统。电压环的带宽大，容易受外界的干扰。适用于电流型控制的并 联开关电源系统中。这种均流系统中有电压控制和电流控制，形成双闭环控制系 统。 平均值均流，每个并联模块的电流放大器输出端接一个相同的电阻到一条公 共母线上，形成甲均值母线。当某模块电流比母线大时，输出电压下降，反之亦 然。 最大值均流法，和平均值均流法相似，区别只是母线形成是每路电流通过一 个二极管连到一条公共母线上形成最大值母线。这种方法其实质是一种“民主均 流”方法，电流最大的那个模块自动成为主模块，其他模块为从模块，从而“自 动主从控制”。 平均值均流法和最大值均流法的均流母线断开或者开路都不会影响各个电 源模块独立工作，并且是自动均流方法，均流精度比较高。 采用热应力自动均流和外加均流控制器的方法应用较少，这里不加详细说 明。 图1 - 1 为常见均流方法的原理图( 以两路并联系统为例) 。 如图所示，如果均流母线是并联模块电流的平均值，则是平均值均流法；如 果是并联模块电流的最大值，则是最大值均流法：而如果均流母线是并联模块中 的主模块的电流，就是主从均流法。但是这些模块均流每个模块都需要一套独立 的p w m 控制环。 ou t 电洫采样1 均流母线 电流采样2 、 均流母线够一7 m 0u t 图1 1 常用的均流方法原理图 常用的均流力法 1 6 】 1 5 】( 平均值，最大值，主从法) 都是通过对电压反馈 浙江人学硕士论文 或者基准电压修正来实现均流控制的。所以，每个并联变换器都要有一个独立的 控制模块，每个模块都要包括电压控制和电流均流控制。这样对并联输出电压每 路并联变换器都要控制，增加了系统的冗余，并且每路有独立的控制器可能造成 各路变换器频率不一致，从而造成不能并联稳定运行。 1 3 均流实现方案 1 ) 数字控制方法 9 在开关电源中，一般频率比较高，所以常用的数字控制方法是用d s p 控制， 这样对整个均流系统来说成本会大大增加，并且还需要一些采样、a d 转换环节。 用d s p 控制系统均流还有响应相对较慢的缺点。在均流方面，数字控制方法还不 是主流的方法，将是以后均流控制的发展方向。 2 ) 模拟控制方法【1 0 】【1 1 】 在均流模拟控制方面，目前采用比较多的均流控制方案如图1 2 所示。 1汹 图1 2 ( a ) 通常的电压擦制方法( b ) 电流模式与电压反馈型控制 ( c ) 平均电流控制模式( d ) 改进型平均电流控制模式 浙江大学硕+ 论文 而根据最大电流法自动均流的原理，u n i 廿0 d ei c 公司开发了“均流控制集成 电路”u c 3 9 0 7 1 2 】。但是据资料显示，其均流精度比较低，误差在2 5 左右。 在以上模拟控制方法的基础，本文研究了一种基于g a l 后级调整来实现并 联模块之间平均值均流的方法 2 1 7 】，其示意图如图1 3 。 这种方案不管有多少并联的变换器，只需要一个主控即p w m 调制器来对输 出电压控制产生主控p w m ，对每路变换器的均流控制是通过每路对主控p w m 信号后级微调实现的，这样既可以避免频率不一致的问题，也可以减少系统冗余， 即每路变换器没有必要都有一个p w m 控制( 发生) 器，共用一个p w m 调制器 即可。 p 0 w e r s t a g e l o v o v s 平均值l 秽中v c 竺 n l o a d p w m l l 基于g a l i叫p w m 调 后级处理广i 耐制器 图1 3 基于g a l 后级处理实现均流 1 4 本文的研究内容 本文研究的对象是一台电镀电源，他由4 路变换器并联，每路采用半桥拓扑， 输入为市电，输出电压为0 一1 2 v 可调，额定输出电流为每路1 0 0 a 。 本文所要达到的同标是在这台电镀电源上实现4 路自动均流。拟通过基于g a l 的对p w m 信号后级处理来实现并联模块之问平均值均流的方法。 所以，本文要研究一卜内容： 1 ) 验证这种方案的可行性，从理论上先进性分析，然后在台4 路半桥并联 的电镀电源小样机( 输出电压为0 1 2 v 可调，额定输出电流为每路1 0 0 a ) 上验证 方案的可行性。 2 ) 研究系统的稳定性问题，对系统进行建模，必要时加入补偿。 浙江大学硕士论文 3 ) 着重考虑e m i 问题，从抗干扰方面进行研究。提高系统的稳定性、可靠性 和均流精度。 4 ) 在补偿和加入抗干扰措施后的优化控制下，通过实验，用后级处理方法在 一台4 路半桥变换器并联的电镀电源试验样机( 输出电压为o 一1 2 v 可调，额定 输出电流为每路1 0 0 a ) 上实现稳定、精确均流。 浙江大学硕七论文 参考文献： 1 】n e dm o h a j l ，t o r em u n d e l a n d ，a 1 1 dw j l l i a mp r o b b i n s ，p o w e re l e c 仰n i c s ： c o n v e n e r s ，a p p l i c a t i o n s ，a 1 1 dd e s i g n ，3 r de d 2 】k o o s u k eh a r a d a ，t a k a s h jn a b e s h i m 如a p p l i c a t i o n so fm a g n e t i ca m p l i f i e r st o h i g hf r e q u e n c yd c t od cc o n v e n e r s ， p r o c e e d i n g s o f i e e e ，v b l7 6 ，n 0 4 ， p p 3 5 5 3 6 1 ，a p r i l19 8 8 3 】x u n w e iz h o u ，p e n gx u ，f r e dc l e e ，a n o v e lc u r r e n t s h a r i n gc o n t r o lt e c l l l l i q u e f o rl o w v 0 l t a g eh i 曲一c u r r e n tv 0 1 t a g er e g u l a t o rm o d u l ea p p l i c a t i o n ， i e e et r a n s a c t i o n0 np o w e r e l e c t r o n i c s ，v o l 1 5 ，n o 6 ，p p 1 1 5 3 一1 1 6 2 n o v e m b e r2 0 0 0 4 】p im g r o s s o n i ，f tm 0 1 i n a r i ，“s o m es p e c i a ld e v i c e su s e di nt h en e wt y p eo f p o 、e r p l a n t sf b rt h el t a l i a j lt e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m s ，”i e e ei m e r - n a t i o n a l t e l e c o m m u t l i c a t i o ne n e 娼yc o n fp r o c ，p p 4 0 1 4 0 4 ，l9 7 9 ， 5 a s k i s l o v s k j ，“a b o u tu n i n t e r n 】p t i b l ed cp o 、v e rs u l ) p l i e s ，”h a s l e rk u r z b e n c h t e ， p p 6 3 7 0 ，1 9 8 1 6 a s ，s l o v s k i ，“o nu i l i n t e r r u p t i b l ed cp o w e fs u p p l ys y s t e m s ，”n l i r di f a c s y m p o s j u mo nc o n t r 0 1j np o w e re l e c t r o n i c sa n de l e c t r i c a ld r i v e sp r o c ，p p 6 9 l - 6 9 6 ， 1 9 8 3 【7 m ( h o s s o n i ，gc i m a d o r ，“as e l e c t i v es u p e r v i s i o nd e v i c ef o rp a r a l l e l i n go p e r a t i n g a c d ca j l dd c d cc o n v e r t e r s i e e ei m e 蚰a t i o n a lr r e l e c o m m 吼i c a t i o ne n e 曜yc o n f p r o c ，p p 5 8 7 5 9 3 ，1 9 8 3 【8 】k ts m a l l ，“s i n g l ew i r ec u r r e ms h a r ep a r a l l e l i n go r p o w e rs u p p l i e s ，”u s p a t e n t 4 ，7 1 7 ，8 3 3 ，1 9 8 8 【9 】m j o r d a n ，“l o a ds h a r ei cs i m p l i f i e sp o w e rs u p p l yd e s i g n ，”h i g h - f r e q u e n c y p o w e rc o n v e r s i o nc o n fp m c ，p p 6 5 7 6 ，l9 9 1 1o c j 锄e r s o n ，c ，m u l l e n “p a r a l l e l i n gs u p p l i e sv i av a r i o u sd r o o pm e t h o d s ， h i g h f r e q u e n c yp o w e r0 1 1 v e r s i o nc o n f p r o c ，p p 6 8 7 6 ，l9 9 4 1 l 】i b a t e r s e h ，k s i “，j b a n d a ，“a na l t e r n a t i v ea p p m a c hf o ri m p r o v i n g c u r r e n t s h 州n gi np a r a l l e l - c o r u l e c t e dd c d cc o n v e n e rs y s t e m s ，”h i g h f r e q u e n c y p o w e rc o n v e r s i o nc o n f p m c ，p p 10 2 1l9 ，l9 9 4 浙江大学硕士论文 12 m j o r d a j l ，”u c 3 9 0 7l o a ds h a r el cs i m p l i n e sp a r a l l e lp o 、 ，e rs u p p l yd e s i g n ”， u n i t m d ea p p l i c a t i o nn o t eu 一1 2 9 p r o d u c t & a p p l i c a t i o nh a l l d b o o k ，p p 9 2 9 6 9 一j s g l a s e ra 1 1 da fw i t u 】s k i ，”o u t p u tp l a l l ea 1 1 a l y s i so fl o a d s h 砌n gi n m u l t i p l e m o d u l ec o n v e r t e rs y s t e m ，”i e e et r a i l s o np o w e re l e c 打o n i c s ，v 0 1 9 ，p p 4 3 5 0 j a n 19 9 4 1 3 】vj t h o t t u v e l i la n dgc v e r 曲e s e ，”s t a b i l i t ya i l a l y s i so f p a r a l l e l e dd c d c c o n v e n e r sw i t ha c t i v ec u r r e n t s h a n n g ，”i e e et r a n s p e s cr e c ，p p 1 0 8 0 1 0 8 6 ， 1 9 9 6 ， 14 】vj t h o t t u v e l i la n dgc v e r 曲e s e ，”a n a l y s i sa n dc o n t r o ld e s i g np a r a l l e l e d d c - d cc o n v e r t e r sw i t hc u h e m s h a r i n g ，”i e e et r a n s a p e cr e c ，p p 6 3 8 6 4 6 ， 1 9 9 7 15 】yp a n o v ，j r a j a g o p a l a n ，a n dfc l e e ，”a n a l y s i sa n dd e s i g i lo f np a r a l l e l e d d c d cc o n v e n e r sw j t hm a s t e 卜s l a v ec u 玎e n t s h “n gc o n 仃o j ，”z e e et r a n s a p e c r e c ，p p 4 3 6 - 4 4 2 ，19 9 7 1 6 】jr a j a g o p a l a 王1 ，k x i n g ，y ig u o ，a n df c l e e ，”m o d e l i n ga i l dd y n 锄i ca 1 1 a l y s i s o f p a r a l l e l e dd c d cc o n v e n e r sw 主t hm a s t e r l a v ec u r r e ms h a r i n gc o n t r o l ，i e e et r a i l s a p e cr e c ，p p 6 7 4 6 8 4 ，1 9 9 6 ， 【1 7 k o o s u k eh a m d a ，t a k a s h in a b e s h i m a ，a p p l i c a t i o n so f m a g n e t i ca m p l i f i e r st o h i g hf r e q u e n c yd ct od cc o n v e r t e r s ，p m c e e d i n g so fi e e e ，v b l7 6 ，n 0 4 ， p p 3 5 5 3 6 l ，a p r i l1 9 8 8 【1 8 x u n w e i z h o u ，p e n g x u ，f r e d c l e e ，a n o v e lc u 盯e n t s h 撕n g c o n t r o l t e c h n i q u ef o rl o w v 0 1 t a g eh i 曲一c l l 玎e n tv o l t a g er e g u l a t o rm o d u l ea p p l i c a t i o n ， i e e et r a n s a c t i o n0 np o w e r e l e c t r o n i c s ，v o l ，15 ，n o 6 ，p p 1 15 3 - 1 16 2 n o v e m b e r2 0 0 0 1 9 刘胜利 2 0 林渭勋 2 1 张占松 现代高频开关电源实用技术，电子r 业出出版社2 0 0 l 现代电力电子电路，浙江大学出版社，2 0 0 4 禁宣三，开关电源的原理和设计，电子工q k 出版社，2 0 0 4 ，9 8 浙江大学硕士论文 第二章均流控制系统 2 1 并联开关电源的均流原理 3 现以两路并联的开关电源 1 【2 】( 如图2 1 ) 为例，来说明对于一个确定的并 联开关电源系统如何对其实现均流控制。 v g v g 图2 1 两路并联的d c d c 开关电源 从图2 1 ，很容易得到下面一组等式： k ，= 圪+ r 1 2 ：圪+ 厶r 2 ( 2 - 1 ) ( 2 2 ) 要对系统进行均流，即要求： = l ，可以从两个方面进行控制： 1 调= 管r 1 和r 2 ，即改变每个电源模块的内阻，但是对每个确定的模块调整其 内阻不是很现实，所以在本文刁i 考虑这个方面。 2 调节每个模块输出的空载电压k 。和k ：，对一个固定的开关电源要对其输出 空载电压调节，可以很方便的通过微调占空比来实现。 所以可以得到以卜结论：一切能对脉冲的占空比调节的模块和方法都可以用 在丌关电源均流 ：。 2 2 磁开关 1 9 】的斩波原理【1 5 】f 1 6 】【2 3 】 丌关电源中用的磁开关是个高磁导率闭合磁路磁芯的可饱和电感。磁开关 的应用电路2 2 所示。 在图2 2 中输入电压v p u l s e 是i 空比为5 0 的矩形波。饱和电感m a g a m p 串联 9 浙江大学硕士论文 在电源和负载r 之间，并假定在电源低电平时有复位电压使m a g a m p 复位。电感磁 芯的磁化曲线如图2 3 所示。 毋 日 图2 2 磁开关示意电路 图2 3 典型的磁开关b h 曲线 在t 0 时刻，m a g a m p 相当于一个感值很大的电感，由于电路中电流不能突变， 电阻r 两端电压很小，输出电压几乎全部加在了m a g a m p 两端，这时对r 来说， 电路相当于断开。这时m a g a m p 由于两端受到电压，磁感应强度b 在不断增加，当 增加到b s 时，磁芯饱和，这时进入t 1 时刻。在t 1 时刻磁芯饱和相当于一根导线， 这时输入电压全部加在负载上，这时m a g a m p 虽然流过电流但是不储存能量。 f ，一f 。时间就是被磁开关斩掉的占空比。 可以得到： 卜屯：譬 ( 2 3 ) 这里 n 线圈匝数 s 铁芯截面积 b 磁感应强度 当t 2 时刻输入为o ，在外加复位电流的作用下磁芯开始复位，通过一段时问 t 3 一t 1 复位，磁感应强度由b r 变化到一b ， ，。一b ：掣：尘! 兰鱼掣 ( 2 4 ) p 盹沁p 涮神 从上式可以看到被斩掉的时问t 1 一t o 的长短受到b 的影响，而一b 的大小是由 复位电流设定的。t 1 一t o 时间就是脉冲被磁开关吸收的部分。这就使我们得到了 一种通过控制复位电流来调节r 上的电压脉宽的方法。在复位绕组上通入一定的 复位电流来设定复位点的磁感应强度一b 。要使脉宽减小，只需要增大复位电流， 浙江大学硕士论文 反之则减小复位电流。 各时间点的波形如图2 4 所示。 vr f | l t 。qsa tur4 te d re se t li 图2 4 各时间点的波形 所以磁开关能够对脉冲的占空比进行调节，能够用于并联开关电源的均流。 2 3 并联开关电源均流系统工作原理 本文研究均流方案以一台电镀电源样机为控制对象【4 ，实验室样机是一台 4 路并联的半桥变换器 6 】，每路市电输入，开关频率2 0 k ，输出电压o 1 2 v 可调， 额定负载1 0 0 a 。其主电路如图2 5 。 一 = = c1 s _ 1 _ j ：z 1 d1 l n 一= c2 s 2 仁 、d 2 h ：d 4 r 、j v o 图2 5 电镀电源主电路拓扑 从前分析可知，磁开关t 呼以应用到这个并联系统的均流中，由于磁开关只 可以单边处理脉宽，即只可以减小脉宽，所以拟采用平均值均流方法。均流母线 由每路采样到的电流信号通过相同阻值的电阻得到，如图2 6 所示。 浙江大学硕士论文 第 第 第 第 图2 6 平均值母线形成 故而可以采取以下的流程来对4 路并联半桥开关电源系统进行均流【1 0 】： 本系统有两路反馈回路，一路是电压反馈回路，即主控制回路，保证输出电压稳 定，这路由个主控制器如l 4 9 4 控制占空比来实现。另外一路是均流控制回路， 由电流采样信号与均流母线之间的误差信号去控制磁开关的复位电流大小，然后 控制对主控制器输出的p w m 信号占空比斩波的多少，从而通过对占空比的微调 实现均流。若某一路采样的电流大于平均电流值，则这一路p w m 信号处理单元 会利用磁开关能够斩波的特性将p w m 信号脉宽减小后送至半桥单元，使得这一 路的输出电压降低而令输出电流减少，从而达到均流的目的。均流网路控制框图 如图2 7 所示【2 3 。 平均值 口mw l 丰 控 输 出 原 始 p w m 忐剥f ! 型塑! l 主鬈# 变两订葑丧i 旦型竺! _ | 土圳蒺霉? 外x 1 流采样放大 酉丽函砬一_ 巡丛! 主功率半桥变 换器2 疏丽，肼! 巡塑呈 主功率半桥变 换器3 均流模快4 等主臻辫变 厂j 莉砷 输出电雎反馈 i 控制器f 图2 - 7 均流系统控制框图【2 3 1 2 输出 浙江大学硕士论文 2 - 4 均流模块 2 4 1 原始输出p w m 1 8 由于控制对象是半桥电路，其驱动p w m 信号是一对相位相差1 8 0 。，并且有 一定死区的方波信号。上下管驱动信号都要通过磁开关的均流模块对占空比微 调，即要被一定程度的斩波。然而在对上下管p w m 信号斩波的过程中可能会出 现下面的一些情况： 1 上下管p w m 信号由于在处理过程中有不同程度的延时，当两个p w m 信 号延时不相同，或者不成比例的时候，会使i g b t 误导通，特别是在占空比很大 的时候，甚至会减小两个驱动信号的死区时间，在比较恶劣的情况下，会使上下 管直通。 2 由于上下管p w m 信号时单独处理，对每路的均流模块要求2 个磁开关对 两路各自进行斩波，而能用于均流的磁开关往往性能比较好，价格相对来说也比 较贵，这样增加了成本；更重要的两个磁开关对两个信号分别处理，即使复位信 号能够完全一样，但是由于两个磁开关的性能的微小差异，会导致对两路p w m 信号斩波多少不一样，这样两路驱动信号占空比不再完全一样，严重的情况下会 使半桥中点漂移，甚至使变压器偏磁 2 1 。 基于以上的分析，控制框图中的原始p w m 信号应该为上、下管p w m 信号合 成的一个信号，如图2 8 所示。 上哆型井r 堕堕刿 毂盟_ 一 图2 8 两路p w m 信号合成一路 2 4 2 均流控制过程 由于输入到均流模块里进行处理的信号原始p w m ，是上下管合成的信号， 所以在均流模块中必须要在对原始p w m 信号后级处理斩波之后，分开成为两个 相位相差1 8 0 。，严格对称的上下管驱动波形。 然而，送给磁开关 2 3 】处理的信号原始p w m 在应该是一个占空比跨度比较大， 占空比较小时i 叮以用磁开关直接后即处理，然而负载比较大时，原始p w m 将会 是一个高占空比的脉冲，这样对磁开关来说就没有足够的时间复位，特别是在高 浙江大学硕士论文 频下，磁开关将失控，失去对原始p w m 微调的功能。 所以均流处理模块将是一个脉宽变换系统，首先要将高占空比的原始p w m 信号变成一个中等占空比的p w m 信号，同时记住原始信号的上升沿和下降沿。然 后通过磁开关对调制后的信号进行处理，斩掉一部分。最后对斩波后的p w m 信 号还原，得到一个和原始信号周期和下降沿相同，前沿后移被斩波了的p w m 信 号。被磁开关“切掉”的占空比也就是最终的p w m 信号相对原始p w m 信号斩掉 的占空比。 由( 2 4 ) 式知道，控制复位电流大小，即控制复位后的磁感应强度，进而 控制被磁开关“切掉”的r 与空比，即要对原始p w m 信号斩掉的部分。从而很方 便实现对高占空的p w m 信号的调节。 由上分析可知，欲对低、高占空比的p w m 信号在线路上都要能安全”斩波”， 先把它变成低占空比较小磁开关能够安全处理的信号p w m l ，。经过磁开关处理， 其前沿将被磁开关斩掉，变成p w m 2 。然后将处理后的p w m 2 脉冲还原为个 后沿与原始p w m 信号相同，前沿后移的p w m 信号，即被磁开关斩波了的信号， 其控制流程如下： 二爿 圈而丽i 酊研一i l 移被斩波的p w m3 卜厂一 0 r i 口ina 前沿不变的低i f 占宅比p w m 1 图2 9 均流模块控制流程图 图2 1 0 原始p w m 波形的变换过程 浙江大学硕士论文 2 4 3 实现电路【2 2 ( 1 ) 用一个单稳态触发器将原始高占空比p w m 变成低占空比p w m l p w m l 将记录原始p w m 的前沿，如图2 1 l 所示。 图2 1 l用单稳态触发器将原始高占空比p w m 变成低占空比p w m l 原始p w m 信号通过一个单稳态触发器变成一个低占空比的上升沿与原 p w m 信号相同的一一个信号( p w m l ) ，其脉宽，。由b 和c 决定： f 。= o 4 5 + 置+ t ( 2 5 ) p w m l 的占空比比较小，磁开关能安全的处理，将其送给磁开关斩波。其 波形如图4 所示。 y ro 图2 1 2 用磁开关对p w m l 斩波1 2 3 ( 2 ) 用磁开关对p w m l 斩波 2 3 当输入脉冲( p w m l ) 跳变为高电平时，磁开关的磁感应强度b 由磁复位点 向饱和磁感应强度增加。此时磁开关相当于断路，所有的电压都加在磁开关上， 于是a 点输出低，赢到磁饱和时，磁开关相当于短路，所有的电压加到负载上， a 点输出高，这样就可以通过控制磁复位磁感应强度来调整脉宽。 浙江大学硕士论文 皿- 型型一 d 。占；ql 盥堂 三曲 图2 1 4上下管信号分离电路 6 浙江大学硕十论文 or ign a 厂厂 厂 图2 1 5p w m 信号变换过程 2 5 小结 本文在一些经典的均流理论的基础上研究了一种新的均流方法对p w m 后级微调来实现并联系统进行均流控制。 它的背景是在并联系统已经先于均流控制之前已经投入工作，并且通过调节 每路变换器开关管的驱动电阻，初步实现了手动均流，但是这种手动调节方法费 时、精度低；在不同的外部条件和输出情况下要重新调节、费事，所以这种p w m 信号次级调节实现自动均流有以下一些特点： 1 ) 能够做到对原有的系统的最低程度的改变，这样作为一个系统工程，可 以花比较小的代价，大幅度的节省了成本。 2 ) 本系统的均流精度可以做到很高，并且系统动态响应比较快。 3 ) 本系统在均流控制上采用平均值均流控制方法，但是把主控制模块和均 流控制模块看成一个控制系统的话整个系统将是一个主从控制系统，所有的均流 模块只是对主控模块的次级调整，跟随主控制输出变化而变化。 浙江大学硕十论文 参考文献： 1 刘胜利，现代高频开关电源实用技术，电子工业出出版社，2 0 0 1 2 】林渭勋，现代电力电子电路，浙江大学出版社，2 0 0 4 【3 张占松，蔡宣三，开关电源的原理和设计，电子工业出版社，2 0 0 4 ，9 【4 】m i c h a e lrz h a n g ，m i l a l lm j o v a n o v i c ha 1 1 df r e dc l e e ，“d e s i g nc o n s i g n c o n s i d e r a t i o n sf o rl o w v 0 1 t a g eo n - b o a r dd c d cm o d u l e sf o rn e x tg e n e r a 廿o n so f d a t a p r o c e s s i n g c i r c u i t s ，”i e e e t r a n s a c t i o n so n p o w e r e l e c 打o n i c s ，v 0 1 1 1 ，n o 2 ， m a r c h1 9 9 6 【5 s t e v eg o o d f e l l o wa 1 1 dd o nw e i s s “d e s i g n i n gp o w e rs y s t e m sa l h l dp r o c e s s o r s p e c i f i c a t i o n s ，”e l e c t r o n i cd e s i g n ，j a n u a r y19 9 7 ，p p 5 3 5 7 6 pw o n g ，x z h o u ，j c h e n ， lw u ，f c l e e ，a n dd yc h e n ，“v r mt r a n s i e n t s t u d ya n do u t p u tf i l t e rd e s 蟾nf o rf u t u r ep r o c e s s o r s ，”v p e cs e m i n a r 9 7 【7 x u n w e iz h o u ，x i n g 吐uz h a n j i a n g a i l gl i u ，p i t - l e o n gw o n g ，j i a b i nc h e n ，h o p u w u ，l u c aa m o m s o ，f r e dc l e e ，a 1 1 dd y c h e n ，“i n v e s t i g a t i o no f c a n d i d a t ev i 蝴 t b p o l o g i e sf o rr m 盯em i c r o p r o c e s s o r s ，”i e e ea p e c 9 8c o n f v r h 4c o n s o r t i u m ， q u a r t e r l y r e v i e wr 印o r t f 8 】a r o m a na n dk f e l l h o e l t e r ，“c i r c u i tc o n s i d e r a t i o n sf o rf a s ts e n s i t i v e ， l o w v o l t a g el o a d si nad i s t r i b u t e dp o w e rs y s t e m ，”i e e e a p e c 9 5 1 9 9 7 ，p p 5 3 - 5 7 9 1l t h o r s e l la n dp i ，j n d m a n ，“r e l i a b i l i t ya n a l y s i so f ad i r e c tp a r a l l e lc o n n e c t e d n + 1r e d u n d a mp o w e rs y s t e mb a s e do nh i g hr e l i a b l ed c d cm o d u l e s ，”i np r o c i e e e i n t 7 i 色l e c o m m u n i c a t i o n se n e r g yc o n ，19 8 8 ，p p 51l 5l6 【10 】h t h a k a ，k k o b a y a s h i ，f i h a m ，k a s a h i ，a n dm m o n t o y a ，“m e t h o df o r c e n t r a l