[发明专利]一种直流环节的有源滤波器的控制方式

说明书

技术领域

本发明涉及一种直流环节的有源滤波器的控制方式，属于功率电子变换器的范畴。

背景技术

在功率电子变换器领域，很多场合中都需要抑制直流环节中的电压脉动和电流脉动。例如，固态雷达发射机的供电电源需要提供低频的脉动电流，其输入功率要求尽量为平直形式，而输出为低频脉动功率，如果要求该脉动功率全部由输出储能电容承担，为了保证输出电压的脉动足够小，需要大容量的输出储能电容，这样会大幅地增加电源的体积和重量。又如，单级式PWM整流器和交流供电的LED驱动电源中，输入功率含有较大的两倍输入频率的脉动分量，而瞬时输出功率近似恒定，为了匹配瞬时输入功率和输出功率，需要使用容量较大的储能电容，这个电容一般选用电解电容。而电解电容寿命较低，与系统整体寿命不匹配。根据以上的分析，对于在直流环节中用于承担低频脉动功率的大容量电解电容，需要采用一定的方法来减小其容值，甚至去除电解电容。

通过在直流环节并联有源滤波器，利用有源滤波器来吸收低频的脉动功率，可以大幅度减小直流母线上所需的电容容值。这里将直流端口看作为有源滤波器的输入端口，其基本原理是从变换器中检测出需要滤除的低频谐波电流，然后控制有源滤波器的输入电流与其相等，从而使其提供系统中的低频脉动功率，起到减小直流母线电容的目的。

对于采用Buck/Boost双向变换器的有源滤波器，当主变换器的瞬时输入功率高于输出功率时，有源滤波器工作于Boost模式，将多余的能量储存到其输出电容中；当瞬时输入功率低于输出功率时，有源滤波器工作于Buck模式，输出端电容释放能量。该有源滤波器采用双闭环控制，电流内环控制其输入电流跟踪需要滤除或需要提供的低频脉动电流；为了保证有源滤波器的正常工作，需要保证其输出电压始终高于输入端的电压，因此需要加入一个电压外环对其进行控制。已有的方案为控制输出电压的平均值，即采样输出电压，与平均值基准进行比较，得到的电压误差经过电压调节器之后叠加到采样得到的低频脉动电流信号上，作为电流内环的给定。当变换器负载降低时，由于有源滤波器输出电压的平均值与输入电压相比仍然较高，使得有源滤波器存在较大的开关损耗，影响变换器轻载时的效率。另外，由于电压外环带宽较低，使得变换器的动态响应较慢，在负载为低频脉动形式的应用场合，输出电压仍然存在一定的跌落和过冲，因此有必要改善有源滤波器的控制方式。

发明内容

本发明的目的是针对并联在直流环节上的用来替代较大容量电解电容的有源滤波器，提出采用控制有源滤波器输出电压最低值以及最高值的方法，提高变换器轻载情况下的效率并且减小变换器在突加负载时输出电压的动态跌落。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种直流环节的有源滤波器的控制方式，

有源滤波器采用双闭环控制，电流内环跟踪所需滤除的低频脉动电流，电压外环控制有源滤波器输出电压的最低值或者最高值，具体控制方式为：

利用电压采样电路检测有源滤波器的输出电压，用一个固定的值与采样得到的输出电压相减，将其结果送入峰值检测电路；或者直接将采样得到的输出电压送入峰值检测电路；前者为控制有源滤波器输出电压最低值的控制方式，后者为控制有源滤波器输出电压最高值的控制方式；

将峰值检测电路的输出值与有源滤波器输出电压最低值或者最高值基准进行比较后，产生误差信号送入电压调节器；

利用电流采样电路检测有源滤波器直流环节中的电流，滤除其直流分量后，与电压调节器的输出信号经过加法电路相加，产生电流内环的基准信号；

检测有源滤波器的输入电流，与电流基准信号进行比较，产生误差信号送入电流调节器，从而得到调制信号；将调制信号送入PWM调制电路，并通过驱动电路得到开关管的驱动信号。

该方法提供一种有源滤波器，所述有源滤波器为Buck/Boost双向变换器。

所述Buck/Boost双向变换器具体包括电感、两个开关管、储能电容，具体的，电感的一端为双向变换器的一个输入端，电感的另一端分别连接两个开关管的一端；其中第一开关管的另一端连接双向变换器的另一个输入端以及储能电容的一端，所述第二开关管的另一端连接储能电容的另一端。

该有源滤波器并联在常规供电电路的主变换器直流环节，用来减小直流环节所需的滤波电容的电容值。

当所述主变换器的瞬时输入功率高于脉动输出功率时，有源滤波器工作于Boost模式；当所述主变换器的瞬时输入功率低于输出功率时，有源滤波器工作于Buck模式。