针对三电平Boost电路输入电压波动的稳压控制方法及系统与流程

专利2022-06-30  105


本发明属于boost斩波电路控制技术领域,尤其涉及一种针对三电平boost电路输入电压波动的稳压控制方法及系统。



背景技术:

现有三电平boost电路控制技术通过采集输出电压与电压目标值作比较形成电压外环,为达到直流侧输出电容中点电位平衡目的,在控制中增加均压环,将均压环输出叠加到双环输出上,最终通过pwm发生器输出脉宽,控制开关器件动作。该控制方法如图1所示,主要包括电压外环、电流内环、均压环的三环控制形式,如图1(a)所示;或电压外环、均压环的两环控制形式,如图1(b)所示。其工作过程为:采集输出电容c1上电压u1、输出电容c2上电压u2做和送入电压外环做反馈值uo_feedback;将电压环pi调节输出值或电流环pi调节输出值作为pwm给定基值d_vol;采集输出电容c1上电压u1、输出电容c2上电压u2做差送入均压环做反馈值ub_feedback;将均压环pi调节输出值与电压环pi调节输出值或电流环环pi调节输出值叠加送入pwm比较器产生驱动信号控制开关管q1、q2。

当三电平boost电路输入电压不发生大范围波动时,上述控制方式可以维持输出电压稳定在给定值附近。但当输入电压发生快速变化,即需要开关管占空比快速变化时,则上述方法无法保证系统的动态响应。

因此,有必要在上述现有三电平boost电路控制方法的基础上进行改进,使其能够在输入电压发生快速变化时,保证系统的动态响应。



技术实现要素:

本发明在上述boost电路控制方法的基础上提供了一种针对三电平boost电路输入电压波动的稳压控制方法及系统,根据输出电压的大小,引入开环前馈稳压控制至闭环系统,依据电压变化值在动态过程中开环调整开关管的工作占空比,加快系统的动态响应。

为了实现上述目的,本发明提供了一种针对三电平boost电路输入电压波动的稳压控制方法,包括:

若boost电路输入电压跌落时,输出电压下降,判断输出电压是否小于等于给定的极小电压目标值uref_low;

若输出电压小于等于给定的极小电压目标值uref_low,则引入开环前馈稳压控制,计算出开关管占空比d1替换电压环pi调节输出值d_vol,得到开环前馈输出值;

若boost电路输入电压突升时,输出电压上升,判断输出电压是否大于等于给定的至给定的极大电压目标值uref_high,uref_high>uref_low;

若输出电压大于等于给定的极大电压目标值uref_high,则引入开环前馈稳压控制,计算出开关管占空比d1’替换电压环pi调节输出值d_vol,得到开环前馈输出值;

若输出电压恢复到稳态值,则退出开环前馈稳压控制,恢复闭环控制。

优选的,根据公式:

计算出开关管占空比d;式中uin表示boost电路输入电压,uo表示boost电路输出电压。

优选的,若输出电压小于等于给定的极小电压目标值uref_low,在初次给定时,将电压环pi调节输出值给定为m*d1,其中m为开环给定系数,且有m<1;后续将电压环pi调节输出值给定由m*d1逐步增加到开关管占空比d1。

优选的,若输出电压大于等于给定的极大电压目标值uref_high,在初次给定时,将电压环pi调节输出值给定为m*d1’,其中m为开环给定系数且有m>1,后续将电压环pi调节输出值给定由m*d1’逐步回落到开关管占空比d1’。

优选的,若输出电压大于给定的极小电压目标值uref_low,且输出电压小于给定的极大电压目标值uref_high,boost电路工作稳态工况,不引入开环前馈稳压控制。

优选的,若三电平boost电路采用电压环、均压环、以及开环前馈稳压控制的方式,则该方法还包括:

采集输出电容c1的电压值u1,输出电容c2的电压值u2;

将输出电容c1的电压值u1、输出电容c2的电压值u2做和送入电压环调节器做反馈值uo_feedback,并将电压反馈值uo_feedback与给定的电压目标值uo_ref代入电压环调节器,进行pi调节后,得到电压环pi调节输出值;

将输出电容c1的电压值u1、输出电容c2的电压值u2做差送入均压环调节器做均压反馈值ub_feedback,并将均压反馈值ub_feedback与给定的电压目标值ub_ref代入均压环调节器,pi调制后,得到均压环pi调节输出值;

若输出电压小于等于给定的极小电压目标值uref_low,或输出电压大于等于给定的极大电压目标值uref_high,引入开环前馈稳压控制时,将开环前馈输出值与均压环pi调节输出值叠加送入pwm脉宽调制发生器产生驱动信号控制boost电路开关管通断。

优选的,若三电平boost电路采用电压环、电流环、均压环、以及开环前馈稳压控制的方式,则该方法还包括:

采集输出电容c1的电压值u1,输出电容c2的电压值u2,以及升压电感l的电流值iin;

将输出电容c1的电压值u1、输出电容c2的电压值u2做和送入电压环调节器做反馈值uo_feedback,并将电压反馈值uo_feedback与给定的电压目标值uo_ref代入电压环调节器,进行pi调节后,得到电压环pi调节输出值;

若输出电压小于等于给定的极小电压目标值uref_low,或输出电压大于等于给定的极大电压目标值uref_high,引入开环前馈稳压控制时,得到开环前馈输出值替换电压环pi调节输出值;

将开环前馈输出值作为电流环调节器的电流目标值iin_ref,将电流值iin作为电流环调节器的电流反馈值iin_feedback,并将电流反馈值iin_feedback与电流目标值iin_ref代入电流环调节器,进行pi调节后,并将电流环pi调节输出值作为pwm脉宽调制发生器基准值;

将输出电容c1的电压值u1、输出电容c2的电压值u2做差送入均压环调节器做均压反馈值ub_feedback,并将均压反馈值ub_feedback与给定的电压目标值ub_ref代入均压环调节器,pi调制后,将均压环pi调节输出值与电流环pi调节输出值叠加送入pwm脉宽调制发生器产生驱动信号控制三电平boost电路开关管的通断。

本发明还提供了一种针对三电平boost电路输入电压波动的稳压控制系统,采用所述的针对三电平boost电路输入电压波动的稳压控制方法,包括三电平boost电路;系统还包括:

开环前馈稳压调节器:用于判断输出电压小于等于给定的极小电压目标值uref_low时,计算出开关管占空比d1替换电压环pi调节输出值d_vol,得到开环前馈输出值;或判断输出电压大于等于给定的极大电压目标值uref_high时,则计算出开关管占空比d1’替换电压环pi调节输出值d_vol,得到开环前馈输出值。

优选的,系统还包括:

电压环调节器:用于将电压反馈值uo_feedback与给定的电压目标值uo_ref代入电压环调节器,进行pi调节后,得到电压环pi调节输出值d_vol;

均压环调节器:用于将均压反馈值ub_feedback与给定的电压目标值ub_ref代入均压环调节器,pi调制后,得到均压环pi调节输出值d_banl。

优选的,系统还包括:若三电平boost电路采用电压环、电流环、均压环、以及开环前馈稳压控制的方式,系统还包括:

电流环调节器:用于将开环前馈输出值作为电流环调节器的电流目标值iin_ref,将电流反馈值iin_feedback与电流目标值iin_ref代入电流环调节器,进行pi调节后,得到电流环pi调节输出值。

优选的,若三电平boost电路采用电压环、均压环、以及开环前馈稳压控制的方式,系统还包括:

第一加法器:用于将开环前馈稳压调节输出值与均压环pi调节输出值做和送入脉宽调制发生器pwm2,得到脉宽调制发生器pwm2的调制信号;

第一减法器:用于将开环前馈稳压调节输出值与均压环pi调节输出值做差送入脉宽调制发生器pwm1,得到脉宽调制发生器pwm1的调制信号。

优选的,若三电平boost电路采用电压环、电流环、均压环、以及开环前馈稳压控制的方式,系统还包括:

第二加法器:用于将电流环pi调节输出值与均压环pi调节输出值做和送入脉宽调制发生器pwm2,得到脉宽调制发生器pwm2的调制信号;

第二减法器:用于将电流环pi调节输出值与均压环pi调节输出值做差送入脉宽调制发生器pwm1,得到脉宽调制发生器pwm1的调制信号。

优选的,系统还包括:

第三加法器:用于将输出电容c1的电压值u1、输出电容c2的电压值u2做和送入电压环调节器做反馈值uo_feedback;

第三减法器:用于将输出电容c1的电压值u1、输出电容c2的电压值u2做差送入均压环调节器做均压反馈值ub_feedback。

优选的,系统还包括:

脉宽调制发生器pwm1:用于接收脉宽调制发生器pwm1的调制信号并产生三电平boost电路开关管q1的驱动信号;

脉宽调制发生器pwm2:用于接收脉宽调制发生器pwm2的调制信号并产生三电平boost电路开关管q2的驱动信号。

与现有技术相比,本发明的优点和积极效果在于:

本发明在现有三电平boost电路控制方法的基础上进行改进,提供了一种针对三电平boost电路输入电压波动的稳压控制方法,系统输入电压引入到控制环节中,开环前馈稳压控制以输出电压大小作为是否介入闭环控制的判断条件,在输出电压小于等于给定的极小电压目标值uref_low或输出电压大于等于给定的极大电压目标值uref_high时,引入开环前馈稳压控制,依据输出电压变化值在动态过程中开环调整开关管的工作占空比,有效地针对输入电压的突增突减,加快系统的动态响应。同时由于该方法只在动态过程中介入,不影响电路的稳态输出特性,可以有效消除输入电压大范围快速变化对输出电压的影响。同时,本发明还提供了相应的控制系统,针对三电平boost电路输入电压波动进行稳压控制。

附图说明

图1为现有的采用三环控制的三电平boost电路控制方法示意图;

图2为三电平boost电路工作模态示意图;

图3为本发明的针对三电平boost电路输入电压波动的稳压控制方法流程图;

图4为本发明的针对三电平boost电路输入电压波动的稳压控制方法的示意框图;

图5为本发明一实施例的开环前馈稳压控制方法示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的描述。

现有采用电压外环、电流内环、均压环三环控制或采用电压环、均压环控制的双环控制的三电平boost电路的控制方法只是针对输入电压不发生大范围快速变化时,并未考虑输入电压发生大范围快速变化时,系统的动态响应情况。但当输入电压发生快速变化,即需要开关管占空比快速变化时,上述方法无法保证系统的动态响应。针对此,本发明提供了一种针对三电平boost电路输入电压波动的稳压控制方法,该方法能够在输入电压发生快速变化时,保证系统的动态响应。

三电平boost电路一个周期内的开关管工作过程如图2所示,一个周期内的三电平boost工作状态可分为4个暂态:

①如图2(a)所示,开关管q1导通、q2关断,此时输出电容c1向负载放电,输出电容c2储能,升压电感l储能;②如图2(b)所示,开关管q1关断,q2关断,此时电源及升压电感l向输出电容c1、c2及负载同时放电;③如图2(c)所示,开关管q1关断,q2导通,此时输出电容c1储能,输出电容c2向负载放电,升压电感l储能;④如图2(d)所示,开关管q1关断,q2关断,此时此时电源及升压电感l向输出电容c1、c2及负载同时放电。

由上述不同工作模态下的电感电流平衡可计算出三电平boost电路输入电压、输出电压关系如下所示:

由上式可知,当系统输入电压uin大范围变化时,在稳态工况下,必然会引起开关管占空比d的大范围变化,由于pi控制器的响应速度有限,因此可以在输出电压uo变化超过一定限值时,引入开环前馈稳压控制,开环前馈稳压策略以输出电压作为是否介入闭环控制的判断条件,提前将计算出的稳态占空比输入到控制环节中,来加快系统的动态响应。

因此,本发明实施例提供了一种针对三电平boost电路输入电压波动的稳压控制方法,参考图3、图4、图5所示,具体分析如下:

(1)若boost电路输入电压跌落时,输出电压下降,判断输出电压是否小于等于给定的极小电压目标值uref_low。

(2)若输出电压小于等于给定的极小电压目标值uref_low,则引入开环前馈稳压控制,根据公式:计算出开关管占空比d1替换电压环pi调节输出值d_vol,得到开环前馈输出值。为防止由于开关管占空比大范围变化对系统造成冲击,在初次给定时,将电压环pi调节输出值给定为m*d1,其中m为开环给定系数,且有m<1;后续将电压环pi调节输出值给定由m*d1逐步增加到开关管占空比d1。

(3)若boost电路输入电压突升时,输出电压上升,判断输出电压是否大于等于给定的至给定的极大电压目标值uref_high,uref_high>uref_low。

(4)若输出电压大于等于给定的极大电压目标值uref_high,则引入开环前馈稳压控制,计算出开关管占空比d1’替换电压环pi调节输出值d_vol,得到开环前馈输出值。为防止由于开关管占空比大范围变化对系统造成冲击,在初次给定时,将电压环pi调节输出值给定为m*d1’,其中m为开环给定系数且有m>1,后续将电压环pi调节输出值给定由m*d1’逐步回落到开关管占空比d1’。

(5)若输出电压大于给定的极小电压目标值uref_low,且输出电压小于给定的极大电压目标值uref_high,boost电路工作稳态工况,不引入开环前馈稳压控制。

(6)若输出电压恢复到稳态值,则退出开环前馈稳压控制,恢复闭环控制。

下面以一具体应用为例,参考图5所示,以详细说明本发明实施例提供的针对三电平boost电路输入电压波动的稳压控制方法:

①输入电压跌落时,开环前馈稳压控制如下:

步骤1:0-t1时刻,电路工作稳态工况式,此时boost电路开关管以占空比d0工作;

步骤2:t1-t2时刻,输入电压突降,由于系统pi控制环节无法快速调整开关管占空比,导致输出电压下跌;

步骤3:t2-t3时刻,当输出电压在t2时刻跌落至给定的极小电压目标值uref_low时,开环前馈稳压控制介入控制环节,根据式(1)计算出占空比d1替换电压环节的pi输出参与控制,为防止由于开关管占空比大范围变化对系统造成冲击,在初次给定时,将电压环pi输出给定为m*d1,其中m为开环给定系数且有m<1,后续电压环pi给定由m*d1逐步增加到d1;

步骤4:t3时刻以后,输出电压恢复到稳态值,开环前馈稳压控制退出,恢复到闭环控制策略。

②输入电压突升时,开环前馈稳压控制步骤如下:

步骤1:t4-t5时刻,电路工作稳态工况式,此时boost电路开关管以占空比d0’工作;

步骤2:t5-t6时刻,输入电压突升,由于系统pi控制环节无法快速调整开关管占空比,导致输出电压下跌;

步骤3:t6-t7时刻,当输出电压在t6时刻上升至给定的极大电压目标值uref_high时,开环前馈控制介入控制环节,根据式(1)计算出占空比d1’替换电压环节的pi输出参与控制,为防止由于开关管占空比大范围变化对系统造成冲击,在初次给定时,将电压环pi输出给定为m*d1’,其中m为开环给定系数且有m>1,后续电压环pi给定由m*d1’逐步回落到d1’;

步骤4:t7时刻以后,输出电压恢复到稳态值,开环前馈稳压控制退出,恢复到闭环控制策略。

本实施例中需要注意的是,如图4(a)所示,若三电平boost电路采用电压环、均压环、以及开环前馈稳压控制的方式,则该方法还包括:

采集输出电容c1的电压值u1,输出电容c2的电压值u2;

将输出电容c1的电压值u1、输出电容c2的电压值u2做和送入电压环调节器做反馈值uo_feedback,并将电压反馈值uo_feedback与给定的电压目标值uo_ref代入电压环调节器,进行pi调节后,得到电压环pi调节输出值;

将输出电容c1的电压值u1、输出电容c2的电压值u2做差送入均压环调节器做均压反馈值ub_feedback,并将均压反馈值ub_feedback与给定的电压目标值ub_ref代入均压环调节器,pi调制后,得到均压环pi调节输出值;

若输出电压小于等于给定的极小电压目标值uref_low,或输出电压大于等于给定的极大电压目标值uref_high,引入开环前馈稳压控制时,将开环前馈输出值与均压环pi调节输出值叠加送入pwm脉宽调制发生器产生驱动信号控制boost电路开关管通断。

如图4(b)所示,若三电平boost电路采用电压环、电流环、均压环、以及开环前馈稳压控制的方式,则该方法还包括:

采集输出电容c1的电压值u1,输出电容c2的电压值u2,以及升压电感l的电流值iin;

将输出电容c1的电压值u1、输出电容c2的电压值u2做和送入电压环调节器做反馈值uo_feedback,并将电压反馈值uo_feedback与给定的电压目标值uo_ref代入电压环调节器,进行pi调节后,得到电压环pi调节输出值;

若输出电压小于等于给定的极小电压目标值uref_low,或输出电压大于等于给定的极大电压目标值uref_high,引入开环前馈稳压控制时,得到开环前馈输出值替换电压环pi调节输出值;

将开环前馈输出值作为电流环调节器的电流目标值iin_ref,将电流值iin作为电流环调节器的电流反馈值iin_feedback,并将电流反馈值iin_feedback与电流目标值iin_ref代入电流环调节器,进行pi调节后,并将电流环pi调节输出值作为pwm脉宽调制发生器基准值;

将输出电容c1的电压值u1、输出电容c2的电压值u2做差送入均压环调节器做均压反馈值ub_feedback,并将均压反馈值ub_feedback与给定的电压目标值ub_ref代入均压环调节器,pi调制后,将均压环pi调节输出值与电流环pi调节输出值叠加送入pwm脉宽调制发生器产生驱动信号控制三电平boost电路开关管的通断。

因此,相比于现有的控制方式,本发明将系统输入电压引入到控制环节中,在动态过程中引入开环前馈稳压控制,依据输出电压变化值在动态过程中开环调整开关管的工作占空比,有效地针对输入电压的突增突减,加快系统的动态响应。同时由于该方法只在动态过程中介入,不影响电路的稳态输出特性,可以有效消除输入电压大范围快速变化对输出电压的影响。

同时,本发明还提供了一种针对三电平boost电路输入电压波动的稳压控制系统,采用上述的针对三电平boost电路输入电压波动的稳压控制方法,包括三电平boost电路;系统包括:

电压环调节器:用于将电压反馈值uo_feedback与给定的电压目标值uo_ref代入电压环调节器,进行pi调节后,得到电压环pi调节输出值d_vol;

均压环调节器:用于将均压反馈值ub_feedback与给定的电压目标值ub_ref代入均压环调节器,pi调制后,得到均压环pi调节输出值d_banl。

开环前馈稳压调节器:用于判断输出电压小于等于给定的极小电压目标值uref_low时,计算出开关管占空比d1替换电压环pi调节输出值d_vol,得到开环前馈输出值;或判断输出电压大于等于给定的极大电压目标值uref_high时,则计算出开关管占空比d1’替换电压环pi调节输出值d_vol,得到开环前馈输出值。

(1)如图4(a)所示,若三电平boost电路采用电压环、均压环、以及开环前馈稳压控制的方式,系统还包括:

第三加法器:用于将输出电容c1的电压值u1、输出电容c2的电压值u2做和送入电压环调节器做反馈值uo_feedback;

第三减法器:用于将输出电容c1的电压值u1、输出电容c2的电压值u2做差送入均压环调节器做均压反馈值ub_feedback。

第一加法器:用于将开环前馈稳压调节输出值与均压环pi调节输出值做和送入脉宽调制发生器pwm2,得到脉宽调制发生器pwm2的调制信号;

第一减法器:用于将开环前馈稳压调节输出值与均压环pi调节输出值做差送入脉宽调制发生器pwm1,得到脉宽调制发生器pwm1的调制信号。

脉宽调制发生器pwm1:用于接收脉宽调制发生器pwm1的调制信号并产生三电平boost电路开关管q1的驱动信号;

脉宽调制发生器pwm2:用于接收脉宽调制发生器pwm2的调制信号并产生三电平boost电路开关管q2的驱动信号。

(2)如图4(b)所示,若三电平boost电路采用电压环、电流环、均压环、以及开环前馈稳压控制的方式,系统还包括:

电流环调节器:用于将开环前馈输出值作为电流环调节器的电流目标值iin_ref,将电流反馈值iin_feedback与电流目标值iin_ref代入电流环调节器,进行pi调节后,得到电流环pi调节输出值。

第三加法器:用于将输出电容c1的电压值u1、输出电容c2的电压值u2做和送入电压环调节器做反馈值uo_feedback;

第三减法器:用于将输出电容c1的电压值u1、输出电容c2的电压值u2做差送入均压环调节器做均压反馈值ub_feedback。

第二加法器:用于将电流环pi调节输出值与均压环pi调节输出值做和送入脉宽调制发生器pwm2,得到脉宽调制发生器pwm2的调制信号;

第二减法器:用于将电流环pi调节输出值与均压环pi调节输出值做差送入脉宽调制发生器pwm1,得到脉宽调制发生器pwm1的调制信号。

脉宽调制发生器pwm1:用于接收脉宽调制发生器pwm1的调制信号并产生三电平boost电路开关管q1的驱动信号;

脉宽调制发生器pwm2:用于接收脉宽调制发生器pwm2的调制信号并产生三电平boost电路开关管q2的驱动信号。

综上可知,本发明在现有三电平boost电路控制方法的基础上进行改进,提供了一种针对三电平boost电路输入电压波动的稳压控制方法及系统,系统输入电压引入到控制环节中,在输出电压变化超过一定限值时,引入开环前馈稳压控制,开环前馈稳压控制以输出电压大小作为是否介入闭环控制的判断条件,依据输出电压变化值在动态过程中开环调整开关管的工作占空比,有效地针对输入电压的突增突减,加快系统的动态响应。同时由于该方法只在动态过程中介入,不影响电路的稳态输出特性,可以有效消除输入电压大范围快速变化对输出电压的影响。同时,本发明还提供了相应的控制系统,针对三电平boost电路输入电压波动进行稳压控制。

以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非是对本发明作其它形式的限制,任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域,但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型,仍属于本发明技术方案的保护范围。


技术特征:

1.一种针对三电平boost电路输入电压波动的稳压控制方法,其特征在于,包括:

若boost电路输入电压跌落时,输出电压下降,判断输出电压是否小于等于给定的极小电压目标值uref_low;

若输出电压小于等于给定的极小电压目标值uref_low,则引入开环前馈稳压控制,计算出开关管占空比d1替换电压环pi调节输出值d_vol,得到开环前馈输出值;

若boost电路输入电压突升时,输出电压上升,判断输出电压是否大于等于给定的至给定的极大电压目标值uref_high,uref_high>uref_low;

若输出电压大于等于给定的极大电压目标值uref_high,则引入开环前馈稳压控制,计算出开关管占空比d1’替换电压环pi调节输出值d_vol,得到开环前馈输出值;

若输出电压恢复到稳态值,则退出开环前馈稳压控制,恢复闭环控制。

2.根据权利要求1所述的针对三电平boost电路输入电压波动的稳压控制方法,其特征在于,根据公式:

计算出开关管占空比d;式中uin表示boost电路输入电压,uo表示boost电路输出电压。

3.根据权利要求1所述的针对三电平boost电路输入电压波动的稳压控制方法,其特征在于,若输出电压小于等于给定的极小电压目标值uref_low,在初次给定时,将电压环pi调节输出值给定为m*d1,其中m为开环给定系数,且有m<1;后续将电压环pi调节输出值给定由m*d1逐步增加到开关管占空比d1。

4.根据权利要求3所述的针对三电平boost电路输入电压波动的稳压控制方法,其特征在于,若输出电压大于等于给定的极大电压目标值uref_high,在初次给定时,将电压环pi调节输出值给定为m*d1’,其中m为开环给定系数且有m>1,后续将电压环pi调节输出值给定由m*d1’逐步回落到开关管占空比d1’。

5.根据权利要求1所述的针对三电平boost电路输入电压波动的稳压控制方法,其特征在于,若输出电压大于给定的极小电压目标值uref_low,且输出电压小于给定的极大电压目标值uref_high,boost电路工作稳态工况,不引入开环前馈稳压控制。

6.根据权利要求1-5任一项所述的针对三电平boost电路输入电压波动的稳压控制方法,其特征在于,若三电平boost电路采用电压环、均压环、以及开环前馈稳压控制的方式,则该方法还包括:

采集输出电容c1的电压值u1,输出电容c2的电压值u2;

将输出电容c1的电压值u1、输出电容c2的电压值u2做和送入电压环调节器做反馈值uo_feedback,并将电压反馈值uo_feedback与给定的电压目标值uo_ref代入电压环调节器,进行pi调节后,得到电压环pi调节输出值;

将输出电容c1的电压值u1、输出电容c2的电压值u2做差送入均压环调节器做均压反馈值ub_feedback,并将均压反馈值ub_feedback与给定的电压目标值ub_ref代入均压环调节器,pi调制后,得到均压环pi调节输出值;

若输出电压小于等于给定的极小电压目标值uref_low,或输出电压大于等于给定的极大电压目标值uref_high,引入开环前馈稳压控制时,将开环前馈输出值与均压环pi调节输出值叠加送入pwm脉宽调制发生器产生驱动信号控制boost电路开关管通断。

7.根据权利要求1-5任一项所述的针对三电平boost电路输入电压波动的稳压控制方法,其特征在于,若三电平boost电路采用电压环、电流环、均压环、以及开环前馈稳压控制的方式,则该方法还包括:

采集输出电容c1的电压值u1,输出电容c2的电压值u2,以及升压电感l的电流值iin;

将输出电容c1的电压值u1、输出电容c2的电压值u2做和送入电压环调节器做反馈值uo_feedback,并将电压反馈值uo_feedback与给定的电压目标值uo_ref代入电压环调节器,进行pi调节后,得到电压环pi调节输出值;

若输出电压小于等于给定的极小电压目标值uref_low,或输出电压大于等于给定的极大电压目标值uref_high,引入开环前馈稳压控制时,得到开环前馈输出值替换电压环pi调节输出值;

将开环前馈输出值作为电流环调节器的电流目标值iin_ref,将电流值iin作为电流环调节器的电流反馈值iin_feedback,并将电流反馈值iin_feedback与电流目标值iin_ref代入电流环调节器,进行pi调节后,并将电流环pi调节输出值作为pwm脉宽调制发生器基准值;

将输出电容c1的电压值u1、输出电容c2的电压值u2做差送入均压环调节器做均压反馈值ub_feedback,并将均压反馈值ub_feedback与给定的电压目标值ub_ref代入均压环调节器,pi调制后,将均压环pi调节输出值与电流环pi调节输出值叠加送入pwm脉宽调制发生器产生驱动信号控制三电平boost电路开关管的通断。

8.一种针对三电平boost电路输入电压波动的稳压控制系统,采用权利要求1-7任一项所述的针对三电平boost电路输入电压波动的稳压控制方法,包括三电平boost电路;其特征在于,系统还包括:

开环前馈稳压调节器:用于判断输出电压小于等于给定的极小电压目标值uref_low时,计算出开关管占空比d1替换电压环pi调节输出值d_vol,得到开环前馈输出值;或判断输出电压大于等于给定的极大电压目标值uref_high时,则计算出开关管占空比d1’替换电压环pi调节输出值d_vol,得到开环前馈输出值。

9.根据权利要求8所述的针对三电平boost电路输入电压波动的稳压控制系统,其特征在于,系统还包括:

电压环调节器:用于将电压反馈值uo_feedback与给定的电压目标值uo_ref代入电压环调节器,进行pi调节后,得到电压环pi调节输出值d_vol;

均压环调节器:用于将均压反馈值ub_feedback与给定的电压目标值ub_ref代入均压环调节器,pi调制后,得到均压环pi调节输出值d_banl。

10.根据权利要求9所述的针对三电平boost电路输入电压波动的稳压控制系统,其特征在于,系统还包括:若三电平boost电路采用电压环、电流环、均压环、以及开环前馈稳压控制的方式,系统还包括:

电流环调节器:用于将开环前馈输出值作为电流环调节器的电流目标值iin_ref,将电流反馈值iin_feedback与电流目标值iin_ref代入电流环调节器,进行pi调节后,得到电流环pi调节输出值。

11.根据权利要求9所述的针对三电平boost电路输入电压波动的稳压控制系统,其特征在于,若三电平boost电路采用电压环、均压环、以及开环前馈稳压控制的方式,系统还包括:

第一加法器:用于将开环前馈稳压调节输出值与均压环pi调节输出值做和送入脉宽调制发生器pwm2,得到脉宽调制发生器pwm2的调制信号;

第一减法器:用于将开环前馈稳压调节输出值与均压环pi调节输出值做差送入脉宽调制发生器pwm1,得到脉宽调制发生器pwm1的调制信号。

12.根据权利要求10所述的针对三电平boost电路输入电压波动的稳压控制系统,其特征在于,若三电平boost电路采用电压环、电流环、均压环、以及开环前馈稳压控制的方式,系统还包括:

第二加法器:用于将电流环pi调节输出值与均压环pi调节输出值做和送入脉宽调制发生器pwm2,得到脉宽调制发生器pwm2的调制信号;

第二减法器:用于将电流环pi调节输出值与均压环pi调节输出值做差送入脉宽调制发生器pwm1,得到脉宽调制发生器pwm1的调制信号。

13.根据权利要求11或12所述的针对三电平boost电路输入电压波动的稳压控制系统,其特征在于,系统还包括:

第三加法器:用于将输出电容c1的电压值u1、输出电容c2的电压值u2做和送入电压环调节器做反馈值uo_feedback;

第三减法器:用于将输出电容c1的电压值u1、输出电容c2的电压值u2做差送入均压环调节器做均压反馈值ub_feedback。

14.根据权利要求11或12所述的针对三电平boost电路输入电压波动的稳压控制系统,其特征在于,系统还包括:

脉宽调制发生器pwm1:用于接收脉宽调制发生器pwm1的调制信号并产生三电平boost电路开关管q1的驱动信号;

脉宽调制发生器pwm2:用于接收脉宽调制发生器pwm2的调制信号并产生三电平boost电路开关管q2的驱动信号。

技术总结
本发明涉及一种针对三电平Boost电路输入电压波动的稳压控制方法及系统,该方法包括:若输入电压跌落时,判断输出电压是否小于等于给定的极小电压目标值;若输出电压小于等于给定的极小电压目标值,引入开环前馈稳压控制,计算出开关管占空比替换电压环PI调节输出值;若输入电压突升时,判断输出电压是否大于等于给定的至给定的极大电压目标值;若输出电压大于等于给定的极大电压目标值,引入开环前馈稳压控制,计算出开关管占空比替换电压环PI调节输出;若输出电压恢复到稳态值,退出开环前馈稳压控制,恢复闭环控制。该方法引入开环前馈稳压控制,有效地针对输入电压的突变,消除输入电压大范围快速变化对输出电压的影响,加快系统的动态响应。

技术研发人员:张润泽;何俊鹏;刘皓;郝帅;曹虎
受保护的技术使用者:中车青岛四方车辆研究所有限公司
技术研发日:2020.03.25
技术公布日:2020.06.05

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