[发明专利]一种回馈式电压补偿型脉冲负载电源系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种回馈式电压补偿型脉冲负载电源系统及控制方法。所述电源系统包括一个整流器和一个非隔离直流变换器。整流器输入端可以是三相或单相交流电。整流器可以是单级非隔离整流器、单级隔离式整流器和两级隔离式整流器。整流器输出端连接到非隔离直流变换器输出端，整流器输出端一侧和非隔离直流变换器输入端一侧等电位，另一侧分别连接至与脉冲负载两端。通过整流器控制整流器输出端电压和输入端电网电流，通过非隔离直流变换器控制负载端电压，本发明能够维持负载电压稳定，改善电网侧波形质量，减少功率变换级数，增大电源功率密度，提高电源效率，适用于给脉冲负载供电。

技术领域

本发明涉及一种回馈式电压补偿型脉冲负载电源系统及控制方法，应用于电力电子变换及供电系统领域。

背景技术

脉冲负载已在航空航天、工业以及环境保护等领域有了广泛的应用。此类负载通常要求其供电电源能够提供稳定的直流电压和脉冲形式的电流，而电源输入端通常是恒定功率，因此容易造成电源输入输出端功率的不匹配，给电源的稳定性带来严重的挑战。

传统的解决方法是增大电源系统中电容、电感等储能环节的容量来缓冲脉冲负载所带来的冲击。此类方法的主要缺点有：电源系统中的变换器均需按照负载峰值功率进行设计，所需储能环节容量大，增大了系统的体积重量，减小了电源的功率密度。

针对传统解决方案的缺点，一些有源功率解耦方案被提出，如专利(公开号：CN111030501A)提出了一种两级式电源结构，该结构包括前级PFC变换器和后级DC-DC变换器。PFC变换器只向负载提供稳态平均功率，当负载所需功率低于平均功率时，多余的能量在母线电容中储存起来；当负载所需功率高于平均功率时，母线电容释放能量给负载供电。这种方案的优点是前级PFC变换器可按平均功率设计，解耦电容未直接与负载相连，允许电压波动较大，所需电容容量较小，使得电源体积重量减小，功率密度提高。这种方案也存在缺点，如后级DC-DC变换器仍需按照峰值功率进行设计，限制了电源体积的进一步减小，同时在该电源系统中，所有能量都必须经过两级功率变换到达负载，电源的效率较低。

发明内容

本发明根据现有技术的不足，提出了一种回馈式电压补偿型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：

所述电源系统包括一个整流器和一个非隔离直流变换器，整流器输出端连接到非隔离直流变换器输出端，整流器输出端一侧和非隔离直流变换器输入端一侧等电位，另一侧分别连接至与脉冲负载两端。

整流器输出电容需在负载脉冲到来期间向其提供充足的峰值功率，因此该电容容量相对较大，电容电压允许波动范围较大。非隔离直流变换器输入端和负载端电容主要起滤波作用，只需按滤除开关频率纹波能力进行设计，因此其电容容量相对较小，非隔离直流变换器输入端电容电压波动情况与整流器输出电容电压波动情况相同，以维持负载端电压稳定。

该电源系统中功率有两条传输路径，一条是经整流器整流后直接流入负载，相当于只经过一级功率变换，另一条在整流器整流后流入非隔离直流变换器输入侧，经非隔离直流变换器变换后回馈到整流器输出电容中，最后流入负载，相当于经过了两级功率变换。

整流器可采用三种方式实现：

方式一：采用单级非隔离整流器，整流器将电网侧交流电转换成直流电后输出。

方式二：采用单级隔离式整流器，整流器不但将电网侧交流电转换成直流电，而且实现了输入侧和输出侧的电气隔离。

方式三：采用两级隔离式整流器，由一个单级非隔离整流器级联一个隔离式直流变换器组成，同样实现了电能形式的变换和电气隔离。

所述电源系统中整流器控制器具体控制过程为：