[发明专利]用于Buck变换器恒功率负载系统的有源阻尼控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种用于Buck变换器恒功率负载系统的有源阻尼控制方法及系统，该方法包括：采集Buck变换器的电感电流和电容电压，经电压外环和电流内环控制后输出PWM开关控制信号；采集Buck变换器的电感电流信号，经有源阻尼补偿后输出有源阻尼注入占空比信号；根据PWM开关控制信号和有源阻尼注入占空比信号得到优化后的Buck变换器开关管的占空比信号。本发明解决传统恒功率负载系统控制方法中阻尼特性、动态响应特性较差的问题，使得系统在面对母线电压调节、负载突变等扰动时能够快速调节，维持系统稳定。

技术领域

本发明涉及电力电子控制技术领域，具体涉及一种用于Buck变换器恒功率负载系统的有源阻尼控制方法及系统。

背景技术

分布式级联结构具有高精度、高效率、低噪声等优势，在航天电源系统、计算机通信系统、舰船供电系统和光伏发电系统等领域得到广泛应用。而在级联系统中，高带宽闭环控制的后级负载变换器往往具有明显的恒功率负载特性。恒功率负载表现出负阻特性，会减小系统的阻尼，从而影响级联系统的稳定性。

针对恒功率负载所带来的稳定性问题，现有解决方案如下：1)无源阻尼方法，即在回路中串联或者并联电阻以增大系统阻尼，从而提升系统稳定性；2)有源阻尼方法，即通过控制的方式引入等效的虚拟电阻，实现改善系统阻尼的作用。无源阻尼的方法增加了额外的硬件和体积，并且补偿的电阻上会产生损耗，不利于系统功率密度以及效率的提升。而有源阻尼的方法则克服了无源阻尼方法的上述缺点，因此也得到更多的关注。

现有的Buck变换器恒功率负载系统一般都是基于单电压环+有源阻尼补偿的控制方案，该控制方案能够实现系统的稳定控制，但是补偿的虚拟电阻由于受到系统稳定性的要求，其取值往往被限制在一定范围内，因此对系统零极点分布的影响相对有限，系统的阻尼特性、动态响应特性仍然较差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提出一种用于Buck变换器恒功率负载系统的有源阻尼控制方法及系统，解决传统恒功率负载系统控制方法中阻尼特性、动态响应特性较差的问题，使得系统在面对母线电压调节、负载突变等扰动时能够快速调节，维持系统稳定。

本发明一方面提供一种用于Buck变换器恒功率负载系统的有源阻尼控制方法，该方法包括：采集Buck变换器的电感电流和电容电压，经电压外环和电流内环控制后输出PWM开关控制信号；采集Buck变换器的电感电流信号，经有源阻尼补偿后输出有源阻尼注入占空比信号；根据PWM开关控制信号和有源阻尼注入占空比信号得到优化后的Buck变换器开关管的占空比信号。

进一步的，所述电压外环控制方法为：采集Buck变换器的电容电压；将Buck变换器的电容电压与电压参考值进行比较，得到电压外环的误差信号；电压外环的误差信号经电压外环的PI补偿器调节后，得到电流内环的电流参考值。

进一步的，所述电流内环控制方法为：采集Buck变换器的电感电流；将Buck变换器的电感电流与电流内环的电流参考值进行比较，得到电流内环的误差信号；电流内环的误差信号经过电流内环的PI补偿器调节后，得到PWM开关控制信号。

进一步的，所述有源阻尼补偿方法为：将Buck变换器的电感电流信号经高通滤波器滤波后，得到电感电流的高频谐波分量；将得到的电感电流的高频谐波分量乘有源阻尼比例系数，得到有源阻尼注入占空比信号。