專利名稱：帶有前饋補償控制功能的諧振半橋功率變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型帶有前饋補償控制功能的諧振半橋功率變換器屬于功率開關(guān)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，諧振功率變換器(無論是串聯(lián)諧振、并聯(lián)諧振、還是串并聯(lián)諧振) 具有相當(dāng)優(yōu)良的表現(xiàn)，特別是具有極低的開關(guān)損耗，具有正弦波形式電流傳輸波形，諧波電 流極低，同時還具有輸出端自然零流開關(guān)式整流換相狀態(tài)，此類變換器是以變頻控制來調(diào) 節(jié)輸出的。目前的大多數(shù)變換器控制技術(shù)基本上都是傳統(tǒng)的單電壓環(huán)控制技術(shù)，將輸出電 壓與預(yù)設(shè)的輸出電壓基準(zhǔn)信號比較，求出輸出誤差電壓，以此誤差量調(diào)控電路的工作頻率 來實現(xiàn)輸出的穩(wěn)定。由于諧振回路本身就是一個大的慣性環(huán)節(jié)，特別是大功率的功率變換 器尤顯突出，難于接受外來信號的控制，對系統(tǒng)中所產(chǎn)生的瞬時擾動因素反應(yīng)很慢，至少需 要幾個到幾十個開關(guān)周期；當(dāng)調(diào)控發(fā)生作用時，瞬時擾動因素所產(chǎn)生的危害早已形成，間 歇、自激、軟開關(guān)局部功能喪失等現(xiàn)象很容易發(fā)生，“爆管”類惡性故障也在所難免，因而導(dǎo) 致電路的可靠性下降；另外，大功率諧振變換器對輸入側(cè)變化表現(xiàn)出特別的“敏感”，由于該 類系統(tǒng)是靠頻率變化實現(xiàn)調(diào)制的，其電感、漏感等雜散參數(shù)對系統(tǒng)影響也很大。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，而提供一種對瞬時擾動因素 快速反應(yīng)，電路可靠性好，帶有前饋補償控制功能的諧振半橋功率變換器。本實用新型的目的是通過以下措施來達到的，功率變換器通過控制電路控制，在 功率變換器上有電壓檢測的負反饋環(huán)路，在功率變換器上有瞬時擾動量檢測電路及擾動補 償構(gòu)成的前饋補償控制電路。功率變換器由功率開關(guān)與驅(qū)動電路，前饋補償控制電路和波形疊加電路，瞬時擾 動量檢測電路，峰值電流檢測電路，后沿調(diào)制的PWM信號生成電路構(gòu)成；功率開關(guān)與驅(qū)動電路是由功率開關(guān)管和驅(qū)動電路組成，功率開關(guān)與驅(qū)動電路輸出 連接功率變換器主回路。功率變換器回路通過整流、濾波、變壓器輸出。瞬時擾動量檢測電路是由單開關(guān)周期積分器電路完成的，由二極管連接比較器構(gòu) 成一電子開關(guān)回路，將比較器輸出的單開關(guān)周期的開關(guān)信號送入積分電容回路上，二極管 與積分電容和比較器構(gòu)成了單開關(guān)周期的積分器電路。瞬時擾動量檢測是通過對諧振電流 作單開關(guān)周期的積分電路完成的，其復(fù)位方式是由開關(guān)輸出信號自動完成的，所得到的積 分值是一鋸齒波形，其斜率表征了諧振回路的瞬時擾動量的大小。峰值電流檢測電路由電流放大器構(gòu)成，電流放大器為諧振峰值電流的檢測。后沿調(diào)制的PWM信號生成電路是由電流放大器和電壓誤差放大器、PWM比較器、鎖 存器、觸發(fā)器構(gòu)成，形成了帶有后沿調(diào)制雙路PWM脈沖波。由電流放大器輸出信號與電壓誤 差放大器輸出信號接到PWM比較器的輸入端，將峰值電流信號與變換器輸出電壓誤差信號 相比較，輸出后沿調(diào)制的PWM信號，將PWM信號比較器輸出接到鎖存器并與時鐘信號配合后送入T觸發(fā)器，將后沿調(diào)制的信號作分頻處理，形成雙路輸出的開關(guān)信號，開關(guān)信號送入功 率驅(qū)動級后輸出。其后沿調(diào)制量表征了諧振回路的瞬時擾動量，同時，這一系統(tǒng)構(gòu)成了由電 流和電壓雙環(huán)控制的系統(tǒng)，這改善了開關(guān)變換器系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)、穩(wěn)定性和可靠性。前饋補償控制電路和波形疊加電路由電子開關(guān)和積分電容與比較器構(gòu)成，對后沿 調(diào)制的PWM波形同步整形，得到了后沿調(diào)制鋸齒波信號，并將這一鋸齒波送入時鐘振蕩器 充放電電容回路中與充放電電容相疊加，從而使得時鐘振蕩器輸出頻率受控于后沿調(diào)制的 鋸齒波后沿時刻，以此完成PWM脈沖的頻率調(diào)制方式，時鐘脈沖的頻率表征了諧振回路中 的瞬時擾動量的大小與方向，于是，本開關(guān)周期中所測量到的諧振回路瞬時擾動量可在下 一個開關(guān)周期以頻率的方式作補償處理。實用新型有效地解決了現(xiàn)有技術(shù)中對諧振變換器控制的動態(tài)響應(yīng)慢、過沖、不穩(wěn) 定和不可靠等問題，動態(tài)響應(yīng)快，調(diào)節(jié)性能好，過沖電壓幅值小，改善了開關(guān)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn) 定性和可靠性，便于廣泛而方便地應(yīng)用，以提高和擴大這種高性能變換的推廣與應(yīng)用。

附圖1為本實用新型的控制系統(tǒng)原理框圖。附圖2為本實用新型的電路原理示意圖。附圖3為本實用新型的后沿調(diào)制的PWM脈沖波形邏輯示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明。如附圖1所示，本實用新型是一個帶有前饋補償控制功能的諧振半橋功率變換 器，功率變換器通過控制電路控制，在功率變換器上有電壓檢測的負反饋，在功率變換器上 有擾動量測量的擾動補償?shù)那梆佈a償，功率變換器能夠?qū)⒅C振回路中的瞬時擾動量在一個 開關(guān)周期內(nèi)完成測量及信號變換，并在下一個開關(guān)周期內(nèi)將瞬時擾動量做以即時補償，動 態(tài)響應(yīng)快，調(diào)節(jié)性能好，過沖電壓幅值小，改善了穩(wěn)定性和可靠性。如附圖2所示，本實用新型帶有前饋補償控制功能的諧振半橋功率變換器為一個 半橋式串聯(lián)諧振變換器，附圖2所示B區(qū)為一單開關(guān)周期的積分電路，是對串聯(lián)諧振回路中 諧振電流的平均值做單開關(guān)周期積分；由此構(gòu)成了一個對諧振電流進行的單開關(guān)周期的電 子積分電路，電路的輸出為一鋸齒波形。就單一個鋸齒波形的面積而言，它表征了一個開關(guān) 周期內(nèi)諧振電流的平均值，它也包含了該開關(guān)周期內(nèi)瞬時擾動量值，特別要指出的是，鋸齒 波斜率小表示瞬時擾動量小，由此就可測得諧振回路中的瞬時擾動量的大小與方向，從而 得到了一個矢量值；與此同時也形成了逐個脈沖電流值。值得注意的是，由于存在著瞬時擾 動量值，每個脈沖電流積分值的斜率就不盡相同；由CTl耦合取得諧振回路電流，將其整流 及濾波形成平均電流，將該平均電流送入ClO電容上積分；同時，將雙路輸出的帶后沿調(diào)制 的PWM脈沖DRV-A和DRV-B送入D3倍頻后送入U2C比較器構(gòu)成一電子開關(guān)回路，從而形成 一個以開關(guān)PWM信號周期動作的電子開關(guān)，將U2C輸出的單開關(guān)周期的開關(guān)信號送入積分 電容ClO回路上，做復(fù)位處理，由此，ClO與D3和U2C構(gòu)成了單開關(guān)周期的積分器電路。附圖2所示D區(qū)為一個峰值電流檢測電路并以占空比的方式表征峰值電流的矢量 值，同時D區(qū)也完成了分頻與功率輸出及保護的功能；構(gòu)成了由電流回路和電壓回路作為控制器的雙環(huán)控制系統(tǒng)，這極大地改善了開關(guān)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的瞬態(tài)特性。將諧振電流的單開關(guān) 周期積分值送入電流放大器CA中，輸出值Ui送入PWM比較器中與功率變換器輸出電壓誤 差放大器EA輸出的誤差值Uu相比較后，經(jīng)過鎖存器便得到了帶有后沿調(diào)制的PWM脈沖，再 經(jīng)觸發(fā)器分頻后形成帶有后沿調(diào)制的PWM雙路輸出的開關(guān)信號。該信號的占空比表征了瞬 時擾動量的矢量值，也就是瞬時擾動量大時，PWM脈沖占空比就小，瞬時擾動量小時，PWM脈 沖信號的占空比就大；該PWM占空比是由脈沖的后沿調(diào)制體現(xiàn)的；由電流放大器CA輸出信 號與電壓誤差放大器EA輸出信號接到PWM比較器的輸入端，由此將峰值電流信號與變換器 輸出電壓誤差信號相比較，輸出后沿調(diào)制的PWM信號，將PWM信號比較器輸出接到鎖存器并 與時鐘信號配合后送入T觸發(fā)器，以此將后沿調(diào)制的信號作分頻處理，形成雙路，輸出的開 關(guān)信號，此開關(guān)信號送入功率驅(qū)動級后輸出。附圖2所示中的C區(qū)，其作用是將后沿調(diào)制的PWM脈沖與D區(qū)中的振蕩器中CT
電容上的充放電信號作疊加，以此得到將后沿調(diào)制信息轉(zhuǎn)變?yōu)镃T放電時間調(diào)節(jié)量，從而得
到以不同占空比為依據(jù)的不同頻率時鐘振蕩信號，將開關(guān)信號與振蕩器信號起始端信號同
步，并且將控制器輸出后沿調(diào)制的不同占空比信號轉(zhuǎn)化為鋸齒波信號，將該鋸齒波信號與
振蕩器中的CT電容信號相疊加，以便將后沿調(diào)制信號的后沿作為CT電容放電時刻，完成了
信號的同步與波形變換，也完成了信號疊加，最終得到以頻率方式表征諧振回路瞬時擾動
量的大?。凰矔r擾動量小時，時鐘振蕩器輸出的脈沖頻率就低，反之就高，并且，瞬時擾動量
的測量與時鐘脈沖頻率的改變(補償)均在二個相鄰的開關(guān)周期內(nèi)完成的。由時鐘同步信
號SYNC和U2A構(gòu)成的電子開關(guān)同積分電容Cll與比較器U2B、Q2和Ql接線方式，完成了
對后沿調(diào)制的PWM波形的整形，從而得到了后沿調(diào)制鋸齒波信號，并將鋸齒波信號送入D區(qū)
中振蕩器充放電電容回路，由此形成了由后沿調(diào)制的PWM信號轉(zhuǎn)化為振蕩器振蕩頻率調(diào)制
的信號。由于后沿調(diào)制的PWM信號中的后沿調(diào)制量來自于諧振回路中峰值電流的斜率變化
量，而鋸齒波形的峰值電流斜率表征諧振回路瞬時擾動量的變化量情況，于是就完成了用
變頻的PWM信號表征了諧振回路中瞬時擾動量的大小，并以此在相鄰的開關(guān)周期中完成補 m
te ο附圖2所示中的E區(qū)為半橋式開關(guān)接線方式，配合以A區(qū)部分構(gòu)成諧振半橋式功 率變換器回路。U2A、U2B、U2C為LM339。如附圖3所示，帶有后沿調(diào)制的PWM雙路輸出的開關(guān)信號占空比表征了瞬時擾動 量的矢量值，也就是瞬時擾動量大時，PWM脈沖占空比就小，瞬時擾動量小時，PWM脈沖信號 的占空比就大；該PWM占空比是由脈沖的后沿調(diào)制體現(xiàn)的；脈沖形成如圖3所示。
權(quán)利要求一種帶有前饋補償控制功能的諧振半橋功率變換器，在功率變換器上有電壓檢測的負反饋，其特征是在功率變換器上有瞬時擾動量檢測電路及擾動補償構(gòu)成的前饋補償控制電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有前饋補償控制功能的諧振半橋功率變換器，其特征是瞬 時擾動量檢測電路是二極管與積分電容和比較器構(gòu)成，將比較器輸出的單開關(guān)周期的開關(guān) 信號送入積分電容回路上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有前饋補償控制功能的諧振半橋功率變換器，其特征是前 饋補償控制電路由電子開關(guān)和積分電容與比較器構(gòu)成，對后沿調(diào)制的PWM波形同步整形， 形成鋸齒波并送入時鐘振蕩器充放電電容回路中與充放電電容相疊加。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有前饋補償控制功能的諧振半橋功率變換器，其特征是功 率變換器由功率開關(guān)與驅(qū)動電路，前饋補償控制電路和波形疊加電路，瞬時擾動量檢測電 路，峰值電流檢測電路，后沿調(diào)制的PWM信號生成電路構(gòu)成，功率變換器回路通過整流、濾 波、變壓器輸出，前饋補償控制電路和波形疊加電路對后沿調(diào)制的PWM波形同步整形，得到 了后沿調(diào)制鋸齒波信號，將鋸齒波信號送入時鐘振蕩器充放電電容回路中與充放電電容相 疊加，峰值電流檢測電路由電流放大器構(gòu)成，瞬時擾動量檢測電路將PWM信號比較器輸出 接到鎖存器并與時鐘信號配合，將后沿調(diào)制的信號作分頻處理，輸出的開關(guān)信號送入功率 驅(qū)動級后輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的帶有前饋補償控制功能的諧振半橋功率變換器，其特征是前 饋補償控制電路和波形疊加電路由電子開關(guān)和積分電容與比較器構(gòu)成，對后沿調(diào)制的PWM 波形同步整形，得到了后沿調(diào)制鋸齒波信號，將鋸齒波送入時鐘振蕩器充放電電容回路中 與充放電電容相疊加。
專利摘要本實用新型帶有前饋補償控制功能的諧振半橋功率變換器屬于功率開關(guān)領(lǐng)域，功率變換器由功率開關(guān)與驅(qū)動電路，前饋補償控制和波形疊加電路，瞬時擾動量檢測電路，峰值電流檢測電路，后沿調(diào)制的PWM信號電路構(gòu)成，功率開關(guān)與驅(qū)動電路是由功率開關(guān)管和驅(qū)動電路組成，瞬時擾動量檢測電路是由單開關(guān)周期積分器電路構(gòu)成的，峰值電流檢測電路由電流放大器構(gòu)成，后沿調(diào)制的PWM信號電路是由電流放大器和電壓誤差放大器、PWM比較器、鎖存器、觸發(fā)器構(gòu)成，前饋補償控制和波形疊加電路由電子開關(guān)和積分電容與比較器構(gòu)成，本實用新型動態(tài)響應(yīng)快，調(diào)節(jié)性能好，過沖電壓幅值小，改善了開關(guān)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
文檔編號H02M3/24GK201639478SQ20092006091
公開日2010年11月17日 申請日期2009年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月17日
發(fā)明者高長春 申請人:高長春