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专利号: 2023110070989
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种平抑电压二次纹波的Boost‑PFC变换器,其特征在于:包括二极管D1,二极管D1的正极分别与单相交流电源vs的一端和二极管D3的负极连接,所述二极管D1的负极分别与二极管D2的负极和输入电感L的一端连接;

所述二极管D2的正极分别与所述单相交流电源vs的另一端和二极管D4的负极连接;所述二极管D3的正极分别与所述二极管D4的正极、MOSFET功率管S2的源极和MOSFET功率管S4的漏极连接;所述输入电感L的另一端分别与MOSFET功率管S1的漏极和MOSFET功率管S3的源极连接;

所述MOSFET功率管S1的源极分别与所述MOSFET功率管S2的漏极和滤波电感Lf的一端连接,所述滤波电感Lf的另一端分别与直流支撑电容C1的负极和直流支撑电容C2的正极连接;

所述MOSFET功率管S3的漏极分别与所述直流支撑电容C1的正极和阻性负载RL的一端连接,所述阻性负载RL的另一端分别与所述MOSFET功率管S4的源极和所述直流支撑电容C2的负极连接;

所述平抑电压二次纹波的Boost‑PFC变换器包括4种工作模式;

其中,工作模式1为MOSFET功率管S1、 MOSFET功率管S2和MOSFET功率管S4导通,MOSFET功率管S3关断,输入能量储存到输入电感L和直流支撑电容C1上,直流支撑电容C2向滤波电感Lf释放能量,直流支撑电容C1和C2向阻性负载RL释放能量;

工作模式2为MOSFET功率管S1、 MOSFET功率管S2和MOSFET功率管S3导通,MOSFET功率管S4关断,输入能量储存到输入电感L和直流支撑电容C2上,直流支撑电容C1向滤波电感Lf释放能量,直流支撑电容C1和C2向阻性负载RL能量;

工作模式3为MOSFET功率管S1和MOSFET功率管S3导通,MOSFET功率管S2和MOSFET功率管S4关断,输入能量、输入电感L和滤波电感Lf上储存的能量释放到直流支撑电容C2上,直流支撑电容C1向滤波电感Lf释放能量,直流支撑电容C1和C2向阻性负载RL释放能量;

工作模式4为MOSFET功率管S2和MOSFET功率管S4导通,MOSFET功率管S1和MOSFET功率管S3关断,输入能量、输入电感L和滤波电感Lf上储存的能量释放到直流支撑电容C1上,直流支撑电容C2向滤波电感Lf释放能量,直流支撑电容C1和C2向阻性负载RL释放能量。

2.根据权利要求1所述的平抑电压二次纹波的Boost‑PFC变换器,其特征在于,所述Boost‑PFC变换器还包括第一控制模块和第二控制模块;

其中,第一控制模块控制MOSFET功率管S1和MOSFET功率管S2的导通与关断;第二控制模块控制MOSFET功率管S3和MOSFET功率管S4的导通与关断。

3.根据权利要求2所述的平抑电压二次纹波的Boost‑PFC变换器,其特征在于,所述第一控制模块控制MOSFET功率管S1和MOSFET功率管S2的导通与关断的方法为:将通过采样输出直流电压vdc与直流电压参考值vdc*作差得到第一差值Δvdc,将Δvdc经第一PI比例积分控制器PI1后与二极管整流桥输出值|vs|相乘,得到输入电感的电流参考值* *iL ,将输入电感的电流参考值iL 与在实际电感电流值iL作差得到第二差值,将第二差值送入第一P比例控制器P1,得到正弦脉宽,通过正弦脉宽调制SPWM1控制MOSFET功率管S1和MOSFET功率管S2的导通和关断;

所述二极管整流桥包括所述二极管D1、二极管D2、二极管D3、和二极管D4。

4.根据权利要求2所述的平抑电压二次纹波的Boost‑PFC变换器,其特征在于,所述第二控制模块包括依次连接的直流电压降频单元、电压外环DQ解耦控制单元、电流内环控制单元和SPWM2;

所述直流电压降频单元的输入端作为第二控制模块的输入端,第二SPWM的输出端作为所述第二控制模块的输出端,分别与MOSFET功率管S3和MOSFET功率管S4连接。

5.根据权利要求4所述的平抑电压二次纹波的Boost‑PFC变换器,其特征在于,所述第二控制模块的控制MOSFET功率管S3和MOSFET功率管S4的导通与关断的方法为:将所述直流电压降频单元获取直流电压vdc与直流电压参考值vdc*作差得到的Δvdc作为输入,对Δvdc进行处理后输出直流基频电压vdcω,将所述电压外环DQ解耦控制单元对直流基频电压vdcω进*行处理后输出滤波电感电流的参考值iLf ,对所述电流内环控制单元对滤波电感电流的参*

考值iLf 进行处理后输出调制波,使用所述第二SPWM通过调制波控制MOSFET功率管S3和MOSFET功率管S4的导通和关断。

6.根据权利要求5所述的平抑电压二次纹波的Boost‑PFC变换器,其特征在于,所述直流电压降频单元的输入端接收输出直流电压vdc与直流电压参考值vdc*作差得到的Δvdc,将‑n所述Δvdc与cosωt相乘,将所述Δvdc经过z 延时后的正交分量与sinωt相乘,将得到的两个乘积相加,得到直流基频电压vdcω,并将vdcω作为所述直流电压降频单元的输出;

其中,ω为输入交流电压角频率,t为时间,n=fs/f/8,fs为开关频率,f为输入交流电压线频率,z为复变量。

7.根据权利要求6所述的平抑电压二次纹波的Boost‑PFC变换器,其特征在于,所述电压外环DQ解耦控制单元的输入端接收直流基频电压vdcω,将所述直流基频电压vdcω分别经第一处理线路和第二处理线路后得到的第一处理值和第二处理值,将第一处理值和第二处* *理值相加得到滤波电感电流的参考值iLf ,并将滤波电感电流的参考值iLf作为所述电压外环DQ解耦控制单元的输出;

将所述第一处理线路将所述直流基频电压vdcω与sinωt相乘后依次经过第一低通滤波器LPF1,第一加倍器和第二PI比例积分控制器PI2,并将第二PI比例积分控制器PI2输出的值与sinωt相乘,得到第一处理值;

将所述第二处理线路将所述直流基频电压vdcω与cosωt相乘后依次经过第二低通滤波器LPF2,第二加倍器和第三PI比例积分控制器PI3,并将第三PI比例积分控制器PI3输出的值与cosωt相乘,得到第二处理值;

所述第一加倍器和第二加倍器的作用均为将经过其中的值乘以2。

8.根据权利要求7所述的平抑电压二次纹波的Boost‑PFC变换器,其特征在于,所述电* *流内环控制单元的输入端接收滤波电感电流的参考值iLf ,将滤波电感电流的参考值iLf 与实际电流值iLf作差,其差值经过第二比例控制器P2后得到调制波,并将调制波作为所述电流内环控制单元的输出。