[发明专利]一种直流电源及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电源技术领域，具体为一种直流电源及其控制方法。

背景技术

国内的高压直流电源的发展是随着制造技术的发展而发展的，60、70年代随着半导体器件和可控硅的发展，可控硅调压电源开始出现，到了80年代中期，可控硅调压一般还是采用的模拟控制，此时的电源无论性能还是可靠性都已经比较成熟，同时也慢慢开始出现数字控制、单片机控制，1988年上海电阻厂第一台微处理器处理的高压直流电源在淮南电厂试车成功，到了90年代，经过这么多年的发展，我国高压直流电源技术已经取得很大的进步，但是，我国高压直流电源技术同国外相比还是有很大的差距，现在国内很多电源还是使用的线性电源，他们一般体积庞大、精度低、应用受限，即使少部分使用的开关电源，其纹波系数、电压稳定性以及调节速度同国外电源相比仍有不小的差距，同时国内的高压直流电源使用微控制器大多只用来控制屏幕显示以及按键输入，并未完全利用微处理器的控制功能，没有实现真正的数字控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种直流电源及其控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种直流电源及其控制方法，所述直流电源包括AC-DC控制模块和DC-DC控制模块，且直流电源包括AC-DC控制模块和DC-DC控制模块电连接；

所述AC-DC控制模块包括第一采集电路、第一DSP、IGBT开关、直流输出模块和第二采集电路，所述第一采集电路接收外界的220V的交流电，并把交流电的电流和电压信号输入到第一DSP，所述第一DSP对电流和电压信号进行计算处理后发出PWM脉冲控制量控制IGBT开关连通，所述外界的220V交流电通过IGBT开关输入到直流输出模块中，所述直流输出模块中包含有PWM整流器，PWM整流器把220V的交流电整流为720V的直流电，720V的直流电通过第二采集电路把电压信号输送到第一DSP中进行计算处理；

所述DC-DC控制模块包括第二DSP、FPGA模块、高压输出模块和第三采集电路，所述PWM整流器整流后的直流电传递给高压输出模块，所述高压输出模块包括全桥逆变电路和倍压整流电路，所述全桥逆变电路和倍压整流电路把720V直流电转化为-80KV的直流电压，-80KV的直流电压通过第三采集电路输送电压信号给第二DSP中进行计算处理，所述第二DSP处理后发出PWM脉冲控制量给FPGA模块，FPGA模块对DC-DC控制模块的电路进行监控，保障PWM脉冲宽度值，所述FPGA模块把PWM脉冲控制量传输给高压输出模块，通过第二DSP发出的PWM脉动控制量来控制高压输出模块输出电压的平稳性。

第一DSP和第二DSP中涉及的计算处理利用其内部的数据处理模块实现，AC-DC控制模块为双环控制，包含电流内环控制和电压外环控制，DC-DC控制模块为单一闭环控制，AC-DC控制模块对交流侧电流、电压进行采集，然后经过abc-dq坐标变换为只包含直流分量的dq坐标值，此值为电流内环PI调节器的目标值，同时采集直流侧电压值经过电压外环的PI调节器计算以后得到电流内环的PI控制的反馈值，然后电流内环PI调节器根据输入目标值和反馈值输出控制值，再把控制值经过dq-abc坐标变换转变为abc坐标值，DC-DC模块只包含单一闭环控制，采集到高压直流输出的电压值，然后和目标设定值比较经过PI调节器计算以后，输出控制值；

上述所述的PI调节器的微积分方程为：

公式1中Kp——比例系数，T——时间积分常数；

将公式(1)离散化的微分方程为：

第一DSP和第二DSP利用公式(2)就可以通过有限次乘法和加法实现PI调节器功能；

AC-DC控制模块的电路中含有SPWM整流器，使用SPWM整流器采用双极性调节的方式，把第一DSP或第二DSP产生的高频的三角波和电流的正弦波进行调制产生PWM波，DSP产生的三角载波都是在x轴上方，调制波是关于x轴对称，为了实现调制，把调制波整体平移到x轴上方，以实现和三角载波调制而产生PWM波，在第二DSP中，DC-DC控制模块的脉冲波形实现方式和AC-DC控制模块的脉冲波形实现方式相似，只是在触发中断后，更新的值为脉冲波形的频率值。