專利名稱：采用軟件實(shí)現(xiàn)電壓尖峰抑制的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力變換領(lǐng)域，具體涉及一種采用軟件實(shí)現(xiàn)電壓尖峰抑制的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，隨著軟開關(guān)技術(shù)的發(fā)展，大功率的DC/DC和DC/AC模塊已越來越多的采用全橋軟開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用這種拓?fù)湫问降淖儞Q器都具有開關(guān)損耗低，保持恒頻控制的優(yōu)點(diǎn)。但這種拓?fù)湫问降淖儞Q器也有明顯不足，如變壓器漏感與整流管寄生電容發(fā)生諧振，整流管兩端會產(chǎn)生嚴(yán)重電壓過沖及振蕩現(xiàn)象(電壓尖峰)，如果這個電壓尖峰抑制的不好，其峰值可能會達(dá)到副邊母線電壓的兩倍，這對于副邊整流二極管來說是致命的，所以必須采用一定的抑制措施。目前常用的措施包括:(I)整流管兩端并聯(lián)阻容吸收回路，方法簡單，但在大功率場合電阻損耗大，吸收效果不理想；(2)在變壓器原邊加箝位二極管，這樣做可以改善變壓器副邊整流管上的電壓振蕩，但是不能完全消除振蕩。本發(fā)明中采用了一種新穎的軟件嵌位的控制方案，可以很好的抑制整流管電壓的尖峰，同時由于采用二級輔助電路網(wǎng)絡(luò)可以更好的減小電路的損耗，保證的整體變換器的效率，并且數(shù)字控制的引入保證了很高的靈活性和很強(qiáng)的魯棒性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的以上問題，提供一種采用軟件實(shí)現(xiàn)電壓尖峰抑制的系統(tǒng)，本發(fā)明采用了數(shù)字控制的方案，消除了副邊電壓尖峰，同時實(shí)現(xiàn)了控制器的靈活性，適應(yīng)性，且顯著提升了變換器效率。為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
采用軟件實(shí)現(xiàn)電壓尖峰抑制的系統(tǒng)，包括逆變器拓?fù)浜涂刂颇K組成，所述逆變器拓
撲由直流轉(zhuǎn)交流模塊、有源鉗位電路、二次鉗位電路和交流轉(zhuǎn)交流模塊組成，所述直流轉(zhuǎn)交流模塊與有源鉗位電路并聯(lián)連接，所述有源鉗位電路還與二次鉗位電路和交流轉(zhuǎn)交流模塊并聯(lián)連接，所述控制模塊由嵌位驅(qū)動邏輯保護(hù)模塊、控制環(huán)路模塊、移相全橋驅(qū)動邏輯保護(hù)模塊和三個高效事件管理器串聯(lián)組成，所述移相全橋驅(qū)動邏輯保護(hù)模塊還與第二高效事件管理器連接，所述第一高效事件管理器設(shè)置有第一控制端和第二控制端，所述第一控制端與第一開關(guān)管連接，所述第二控制端與第二開關(guān)管連接，所述第二高效事件管理器設(shè)置有第三控制端和第四控制端，所述第三控制端與第三開關(guān)管連接，所述第四控制端與第四開關(guān)管連接，所述第三高效事件管理器設(shè)置有第五控制端，所述第五控制端與第九開關(guān)管連接。進(jìn)一步的，所述第一高效事件管理器與第二高效事件管理器的載波頻率為20K。進(jìn)一步的，所述第三高效事件管理器的載波頻率為40K。進(jìn)一步的，所述直流轉(zhuǎn)交流模塊由電源、變壓器、四個二極管和四個開關(guān)管連接組成，所述第一開關(guān)管和第二開關(guān)管串聯(lián)，并且與電源并聯(lián)，所述第三開關(guān)管和第四開關(guān)管串聯(lián)，并且與電源并聯(lián)，所述變壓器由第一電感和第二電感耦合連接組成，所述第一電感與第二開關(guān)管和第四開關(guān)管串聯(lián)，所述第二電感與第二二極管和第四二極管串聯(lián)，所述第一二極管、第二二極管、第三二極管和第四二極管串聯(lián)。進(jìn)一步的，所述有源鉗位電路由第九開關(guān)管、第六二極管和第一電容連接組成，所述第九開關(guān)管與第一電容串聯(lián)，并且與第六二極管并聯(lián)。進(jìn)一步的，所述二次鉗位電路由第五二極管、第二電容和第一電阻連接組成，所述第二電容與第五二極管串聯(lián)，并且與第一電阻并聯(lián)。進(jìn)一步的，所述交流轉(zhuǎn)交流模塊由第二電阻和四個開關(guān)管連接組成，所述第二電阻與第六開關(guān)管串聯(lián)和第七開關(guān)管串聯(lián)，所述第六開關(guān)管串聯(lián)、第七開關(guān)管、第五開關(guān)管串聯(lián)和第八開關(guān)管串聯(lián)。本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明巧妙采用了有源嵌位的原理，將一種新穎的軟件有源嵌位控制方法運(yùn)用到了移相全橋的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，并且打破傳統(tǒng)的模擬控制方法，采用了數(shù)字控制的方案，消除了副邊電壓尖峰，同時實(shí)現(xiàn)了控制器的靈活性，適應(yīng)性，且顯著提升了變換器效率。上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。本發(fā)明的具體實(shí)施方式
由以下實(shí)施例及其附圖詳細(xì)給出。


此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
圖1是本發(fā)明的電路拓?fù)鋱D。圖2是本發(fā)明的是軟件控制邏輯圖。圖3是本發(fā)明的移相全橋驅(qū)動波形圖。圖4是本發(fā)明的移相全橋及第九開關(guān)管的驅(qū)動波形圖。圖中標(biāo)號說明:1、逆變器拓?fù)洌?、控制模塊，3、控制環(huán)路模塊，4、嵌位驅(qū)動邏輯保護(hù)模塊，5、移相全橋驅(qū)動邏輯保護(hù)模塊，6、第一高效事件管理器，7、第二高效事件管理器，
8、第三高效事件管理器,9、第一控制端，10、第二控制端，11、第三控制端，12、第四控制端，13、第五控制端，14、直流轉(zhuǎn)交流模塊，15、有源鉗位電路，16、二次鉗位電路，17、交流轉(zhuǎn)交流模塊，Q1、第一開關(guān)管，Q2、第二開關(guān)管，Q3、第三開關(guān)管，Q4、第四開關(guān)管，Q5、第五開關(guān)管，Q6、第六開關(guān)管，Q7、第七開關(guān)管，Q8、第八開關(guān)管，Qc、第一開關(guān)管，D1、第一二極管，D2、第二二極管，D3、第三二極管，D4、第四二極管，D5、第五二極管，Dc、第六二極管，DC、電源，Tl、變壓器，L1、第一電感，L2、第二電感，R1、第一電阻，R2、第二電阻，Cs、第一電容，C2、第二電容。
具體實(shí)施例方式下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例，來詳細(xì)說明本發(fā)明。參照圖1與圖2所示，采用軟件實(shí)現(xiàn)電壓尖峰抑制的系統(tǒng)，包括逆變器拓?fù)銲和控制模塊2組成，所述逆變器拓?fù)銲由直流轉(zhuǎn)交流模塊14、有源鉗位電路15、二次鉗位電路16和交流轉(zhuǎn)交流模塊17組成，所述直流轉(zhuǎn)交流模塊14與有源鉗位電路15并聯(lián)連接，所述有源鉗位電路15還與二次鉗位電路16和交流轉(zhuǎn)交流模塊17并聯(lián)連接，所述控制模塊2由嵌位驅(qū)動邏輯保護(hù)模塊4、控制環(huán)路模塊3、移相全橋驅(qū)動邏輯保護(hù)模塊5和三個高效事件管理器6、7、8串聯(lián)組成，所述移相全橋驅(qū)動邏輯保護(hù)模塊5還與第二高效事件管理器7連接，所述第一高效事件管理器6設(shè)置有第一控制端9和第二控制端10，所述第一控制端9與第一開關(guān)管Ql連接，所述第二控制端10與第二開關(guān)管Q2連接，所述第二高效事件管理器7設(shè)置有第三控制端11和第四控12制端，所述第三控制端11與第三開關(guān)管Q3連接，所述第四控制端12與第四開關(guān)管Q4連接，所述第三高效事件管理器8設(shè)置有第五控制端13，所述第五控制端13與第九開關(guān)管Qc連接。進(jìn)一步的，所述第一高效事件管理器6與第二高效事件管理器7的載波頻率為20K。進(jìn)一步的，所述第三高效事件管理器8的載波頻率為40K。進(jìn)一步的，所述直流轉(zhuǎn)交流模塊14由電源DC、變壓器Tl、四個二極管Dl、D2、D3、D4和四個開關(guān)管Ql、Q2、Q3、Q4連接組成，所述第一開關(guān)管Ql和第二開關(guān)管Q2串聯(lián)，并且與電源DC并聯(lián)，所述第三開關(guān)管Q3和第四開關(guān)管Q4串聯(lián)，并且與電源DC并聯(lián)，所述變壓器Tl由第一電感LI和第二電感L2稱合連接組成,所述第一電感LI與第二開關(guān)管Q2和第四開關(guān)管Q4串聯(lián)，所述第二電感L2與第二二極管D2和第四二極管D4串聯(lián)，所述第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3和第四二極管D4串聯(lián)。進(jìn)一步的，所述有源鉗位電路15由第九開關(guān)管Qc、第六二極管Dc和第一電容Cs連接組成，所述第九開關(guān)管Qc與第一電容Cs串聯(lián)，并且與第六二極管Dc并聯(lián)。進(jìn)一步的，所述二次鉗位電路16由第五二極管D5、第二電容C2和第一電阻Rl連接組成，所述第二電容C2于第五二極管D5串聯(lián)，并且與第一電阻Rl并聯(lián)。進(jìn)一步的，所述交流轉(zhuǎn)交流模塊17由第二電阻R2和四個開關(guān)管Q5、Q6、Q7、Q8連接組成，所述第二電阻R2與第六開關(guān)管Q6串聯(lián)和第七開關(guān)管Q7串聯(lián)，所述第六開關(guān)管Q6串聯(lián)、第七開關(guān)管Q7、第五開關(guān)管Q5串聯(lián)和第八開關(guān)管Q8串聯(lián)。本實(shí)施例的工作原理如下:
如圖1所示，圖中第一開關(guān)管Ql和第四開關(guān)管Q4為超前橋臂，第二開關(guān)管Q2和第三開關(guān)管Q3為滯后橋臂，Tl為變壓器，第九開關(guān)管Qc、第六二極管Dc和第一電容Cs構(gòu)成次級有源箝位回路。當(dāng)變壓器Tl次級輸出功率時，變壓器Tl漏感通過第六二極管Dc與箝位的第一電容Cs產(chǎn)生諧振,給第一電容Cs充電，同時整流管電壓被箝位在第一電容Cs電壓的穩(wěn)態(tài)值，因此整流管兩端不再產(chǎn)生電壓過沖和振蕩。在變壓器Tl次級輸出功率的同時，經(jīng)過一個短暫的延時，對第九開關(guān)管Qc觸發(fā)導(dǎo)通，這樣當(dāng)漏感與第一電容Cs諧振充電電壓高于整流管輸出電壓時，電容通過第九開關(guān)管Qc將能量反饋給負(fù)載。第五二極管D5、第一電阻Rl和第二電容C2組成的電路起到二次鉗位的效果，在過零點(diǎn)時，第一電容Cs兩端的電壓會有所偏高，使用二次鉗位電路16能在第一電容Cs電壓過高時通過第五二極管D5給第二電容C2充電，第二電容C2再通過第二電阻R2進(jìn)行放電，起到更好的抑制電壓尖峰的效果。如圖2所示，圖中第一高效事件管理器6與第二高效事件管理器7采用20K的載波頻率，第三高效事件管理器8采用40K的載波頻率，其中第一高效事件管理器6控制超前管(第一控制端9控制第一開關(guān)管Q1，第二控制端10控制第二開關(guān)管Q2)，第二高效事件管理器7控制滯后管(第三控制端11控制第三開關(guān)管Q3，第四控制端12控制第四開關(guān)管Q4)，第五控制端13控制第九開關(guān)管Qc，控制環(huán)路模塊3通過外部的電感電流iL，市電電壓vGrid, Bus電壓vBus等一系列的參數(shù),進(jìn)行閉環(huán)控制，產(chǎn)生控制占空比Duty,嵌位驅(qū)動邏輯保護(hù)模塊4通過占空比Duty和軟件設(shè)定的T_和Twd來產(chǎn)生第九開關(guān)管Qc的驅(qū)動Ton,移相全橋驅(qū)動邏輯保護(hù)模塊5通過占空比Duty產(chǎn)生第一高效事件管理器6與第二高效事件管理器7的驅(qū)動信號實(shí)現(xiàn)移相全橋，
如圖3所示，圖中Deff為有效占空比。如圖4所示，是移相全橋及第九開關(guān)管Qc的驅(qū)動波形。其中Twd為嵌位管延時有效占空比開通的時間，T_為第九開關(guān)管Qc超前有效占空比關(guān)斷的時間，Tw為嵌位管開通的時間。具體的步驟為: (1)系統(tǒng)初始化，配置三個高效事件管理器6、7、8模塊，第二高效事件管理器7同步于第一高效事件管理器6的時鐘，第三高效事件管理器8同步于第二高效事件管理器7的時鐘；
(2)控制環(huán)路模塊3根據(jù)外部采集的信號(iL，vGrid,vBus)通過閉環(huán)控制算法得到系統(tǒng)所需要的占空比Duty ；
(3)移相全橋驅(qū)動邏輯和保護(hù)模塊5得到占空比Duty后，把Duty賦值給第二高效事件管理器7的寄存器，由于第二高效事件管理器7同步于第一高效事件管理器6的時鐘，第二高效事件管理器7會根據(jù)Duty控制第二高效事件管理器7的載波相位，形成移相全橋的控制機(jī)制；
(4)嵌位驅(qū)動邏輯和保護(hù)模塊4得到占空比Duty后，和TQFFD+TQND的和做比較，如果Duty大于1'_+! )的和，則進(jìn)入下個步驟。反之，由于第五控制端13不可能輸出負(fù)的占空比，軟件關(guān)閉第五控制端13 ；
(5)嵌位驅(qū)動邏輯和保護(hù)模塊4把DutyjtwinTwil—并送到第五控制端的寄存器，通過第五控制端13來得到第九開關(guān)管Qc的驅(qū)動Tw，DSP在下個更新點(diǎn)輸出新的PWM，軟件跳回步驟(2)，進(jìn)行下一個周期的控制。由于采用的移相全橋的控制方式，在控制環(huán)路中，對電路拓?fù)湔嬲挠行д伎毡仁堑谝豢刂贫撕偷诙刂贫讼嘟诲e的部分，第九開關(guān)管Qc需要滯后有效占空比的開通沿一段時間T_，同時也要超前有效占空比的開通沿一段時間具體第九開關(guān)管Qc的波形如圖4所示，由于采用數(shù)字控制，Tond和Ttw都可通過軟件來調(diào)整，最小的調(diào)整節(jié)拍為16.7ns，完全能滿足系統(tǒng)的要求。該時鐘節(jié)拍和DSP的時鐘頻率相關(guān)，通過采用更高時鐘頻率的DSP，時鐘節(jié)拍可以做到更小。同時由于本發(fā)明中，所有的控制模塊都集成在一個DSP中，時鐘節(jié)拍都可以做到完全一致，并不會像模擬器件一樣隨著時間和溫度的變化引起器件參數(shù)的變化，也不會有工作點(diǎn)的漂移，數(shù)字控制有著極好的線性度，對系統(tǒng)的魯棒性有很好的提聞。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.采用軟件實(shí)現(xiàn)電壓尖峰抑制的系統(tǒng)，其特征在于:包括逆變器拓?fù)?I)和控制模塊(2)組成，所述逆變器拓?fù)?I)由直流轉(zhuǎn)交流模塊(14)、有源鉗位電路(15)、二次鉗位電路(16)和交流轉(zhuǎn)交流模塊(17)組成，所述直流轉(zhuǎn)交流模塊(14)與有源鉗位電路(15)并聯(lián)連接，所述有源鉗位電路(15 )還與二次鉗位電路(16 )和交流轉(zhuǎn)交流模塊(17 )并聯(lián)連接，所述控制模塊(2)由嵌位驅(qū)動邏輯保護(hù)模塊(4)、控制環(huán)路模塊(3)、移相全橋驅(qū)動邏輯保護(hù)模塊(5 )和三個高效事件管理器(6、7、8 )串聯(lián)組成，所述移相全橋驅(qū)動邏輯保護(hù)模塊(5 )還與第二高效事件管理器(7)連接，所述第一高效事件管理器(6)設(shè)置有第一控制端(9)和第二控制端(10)，所述第一控制端(9)與第一開關(guān)管(Ql)連接，所述第二控制端(10)與第二開關(guān)管(Q2 )連接，所述第二高效事件管理器(7 )設(shè)置有第三控制端(11)和第四控(12 )制端，所述第三控制端(11)與第三開關(guān)管(Q3)連接，所述第四控制端(12)與第四開關(guān)管(Q4)連接，所述第三高效事件管理器(8)設(shè)置有第五控制端(13)，所述第五控制端(13)與第九開關(guān)管(Qc)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用軟件實(shí)現(xiàn)電壓尖峰抑制的系統(tǒng)，其特征在于:所述第一高效事件管理器(6)與第二高效事件管理器(7)的載波頻率為20K。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用軟件實(shí)現(xiàn)電壓尖峰抑制的系統(tǒng)，其特征在于:所述第三高效事件管理器(8)的載波頻率為40K。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用軟件實(shí)現(xiàn)電壓尖峰抑制的系統(tǒng)，其特征在于:所述直流轉(zhuǎn)交流模塊(14)由電源(DC)、變壓器(Tl)、四個二極管(D1、D2、D3、D4)和四個開關(guān)管(Q1、Q2、Q3、Q4)連接組成，所述第一開關(guān)管(Ql)和第二開關(guān)管(Q2)串聯(lián)，并且與電源(DC)并聯(lián)，所述第三開關(guān)管(Q3)和第四開關(guān)管(Q4)串聯(lián)，并且與電源(DC)并聯(lián)，所述變壓器(Tl)由第一電感(LI)和第二電感(L2)耦合連接組成，所述第一電感(LI)與第二開關(guān)管(Q2)和第四開關(guān)管(Q4)串聯(lián)，所述第二電感(L2)與第二二極管(D2)和第四二極管(D4)串聯(lián)，所述第一二極管(D1)、第二二極管(D2)、第三二極管(D3)和第四二極管(D4)串聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用軟件實(shí)現(xiàn)電壓尖峰抑制的系統(tǒng)，其特征在于:所述有源鉗位電路(15)由第九開關(guān)管(Qc)、第六二極管(Dc)和第一電容(Cs)連接組成，所述第九開關(guān)管(Qc)與第一電容(Cs)串聯(lián),并且與第六二極管(Dc)并聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用軟件實(shí)現(xiàn)電壓尖峰抑制的系統(tǒng)，其特征在于:所述二次鉗位電路(16)由第五二極管(D5)、第二電容(C2)和第一電阻(Rl)連接組成，所述第二電容(C2)與第五二極管(D5)串聯(lián)，并且與第一電阻(Rl)并聯(lián)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用軟件實(shí)現(xiàn)電壓尖峰抑制的系統(tǒng)，其特征在于:所述交流轉(zhuǎn)交流模塊(17)由第二電阻(R2)和四個開關(guān)管(Q5、Q6、Q7、Q8)連接組成，所述第二電阻(R2)與第六開關(guān)管(Q6)串聯(lián)和第七開關(guān)管(Q7)串聯(lián)，所述第六開關(guān)管(Q6)串聯(lián)、第七開關(guān)管(Q7)、第五開關(guān)管(Q5)串聯(lián)和第八開關(guān)管(Q8)串聯(lián)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用軟件實(shí)現(xiàn)電壓尖峰抑制的系統(tǒng)，通過數(shù)字控制的電壓尖峰抑制電路,該方案主要由負(fù)責(zé)改變能量路徑的第九開關(guān)管和第六二極管，負(fù)責(zé)存儲能量及和漏感諧振的第一電容組成，以及第五二極管和第二電容的輔助網(wǎng)絡(luò)，軟件通過三個高效事件管理器分別去控制移相全橋的功率管和有源嵌位管。本發(fā)明采用了數(shù)字控制的方案，消除了副邊電壓尖峰，同時實(shí)現(xiàn)了控制器的靈活性，適應(yīng)性，且顯著提升了變換器效率。
文檔編號H02M1/32GK103138550SQ201310052099
公開日2013年6月5日 申請日期2013年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月18日
發(fā)明者李煒, 陳浩明 申請人:江蘇固德威電源科技有限公司