[发明专利]一种非隔离串联补偿脉冲负载电源系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种非隔离串联补偿脉冲负载电源系统及控制方法。所述电源系统由一个非隔离双路输出整流器和一个非隔离直流变换器组成。非隔离双路输出整流器包括一个输入端和两个输出端，非隔离直流变换器包括一个输入端和一个输出端。非隔离双路输出整流器输入可以是单相或三相交流电，其输出端1连接到非隔离直流变换器输入端，非隔离直流变换器输出端与非隔离双路输出整流器输出端2串联作为系统的总输出端与脉冲功率负载相连。通过非隔离双路输出整流器控制输入电流和两输出端的电压，通过非隔离直流变换器控制总输出端电压，本发明能够提高电网电能质量，减小系统功率变换级数，提高系统效率，增大功率密度，适用于向脉冲负载供电的场合。

技术领域

本发明涉及一种供电系统及控制方法，具体涉及一种非隔离串联补偿脉冲负载电源系统及其相对应的控制方法，属于电力电子变换及供电系统领域。

背景技术

脉冲功率负载已经广泛应用于航空航天、工业、军事、环境保护等领域。它要求电源系统在提供脉冲电流的同时保持稳定的电压。

传统的脉冲负载电源采用无源功率解耦方式，通过增大电容等无源储能元件的容量来满足负载的需求，其缺点是一方面变换器在设计时按峰值功率设计，另一方面通过增大电容量来维持电压稳定，使得电源的体积重量增大，功率密度减小。

为了解决传统脉冲负载电源存在的问题，一些有源功率解耦拓扑被提出，例如专利(公开号：CN109217333A)将一个双向直流变换器并联在整流器的直流输出端，其另一端为电容等构成的储能单元。整流器提供平均稳态功率分量，当负载所需功率低于平均功率时，主电源高出的那部分能量经整流器和双向直流变换器被储存在储能单元中，当负载脉冲到来时储能单元再通过双向直流变换器释放能量进行补偿。这种方案的优点是整流器部分可按平均功率进行设计，储能单元中用作解耦的电容通过双向直流变换器与负载相连，允许较大的电压波动，因此所需电容容量较小，使得电源体积一定程度上减小。但这种方案也存在缺点，一方面脉冲功率分量需经过三级功率变换到达负载侧，导致该结构效率不高，另一方面双向变换器仍需按照峰值功率设计，仍然存在体积重量大的问题。专利(公开号：CN111030501A)在功率因数校正(PFC)变换器后级联直流变换器，再与负载相连。PFC变换器部分提供稳态平均功率分量，PFC变换器输出母线电容作为解耦电容，当负载所需功率低于平均功率时，母线电容储能，当负载所需功率高于平均功率时，母线电容放电。在这种方案中PFC变换器可按照平均功率设计，解耦电容通过直流变换器与负载相连，允许的电压波动较大，因此所需电容容量较小，使得电源体积也能够在一定程度上减小。但这种方案同样也存在一些缺点，在该结构中所有功率都需经过两级变换到达负载侧，使得整体效率较低，直流变换器部分仍需按照峰值功率进行设计，限制了该脉冲电源体积的进一步减小。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种非隔离串联补偿脉冲负载电源系统及控制方法。

本发明通过以下技术方案实现：

所述系统是由一个非隔离双路输出整流器和一个非隔离直流变换器组成的，非隔离双路输出整流器包括一个输入端和两个输出端，输出端1与非隔离直流变换器的输入端相连，非隔离直流变换器的输出端与非隔离双路输出整流器输出端2串联，作为总输出端与脉冲功率负载相连。

非隔离双路输出整流器两输出端电容按负载峰值功率和电压波动范围设计，电容容量相对较大，主要起到功率解耦的作用，可允许较大的电压波动。非隔离直流变换器输出端电容只需按照滤除开关频率纹波的能力来进行设计，其值相对较小，该电容能够及时补偿非隔离双路输出整流器输出端2的电压波动，保证总输出电压的稳定。

部分能量经过非隔离双路输出整流器后从输出端1进入非隔离直流变换器，再从直流变换器输出端流入负载，共经过两级功率变换。部分能量经过非隔离双路输出整流器后从输出端2直接流入负载，只需经过一级功率变换。

非隔离双路输出整流器可采用以下两种方式实现：