基于Buck-Boost矩阵变换器的400Hz中频电源控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供基于Buck

【技术实现步骤摘要】
基于Buck
‑
Boost矩阵变换器的400Hz中频电源控制方法及装置


[0001]本专利技术涉及400Hz中频电源领域，特别涉及一种基于Buck
‑
Boost矩阵变换器的400Hz中频电源控制方法及装置。

技术介绍

[0002]400Hz中频电源在军事装备、民用机场、工业感应加热等领域有着极其广泛的应用。然而目前400Hz中频电源由于存在拓扑结构复杂、体积大、重量重等不足，给其实际应用造成了不利影响，因此研究结构更为简单的400Hz中频电源拓扑结构将具有重要意义。
[0003]Buck
‑
Boost矩阵变换器是一种具有简单拓扑结构、输出电压和频率任意可调且可直接输出高品质正弦波而无需滤波环节的新型电力变换器，因而非常适合应用于400Hz中频电源。然而目前针对BBMC所开展的控制策略研究，其输出电压频率均是基于异步电机调速控制的低频应用领域，当要求把BBMC应用于400Hz中频电源时，则现有控制策略均难以满足其稳态控制精度和动态性能方面的要求。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于Buck
‑
Boost矩阵变换器的400Hz中频电源控制方法及装置。
[0005]本专利技术解决上述技术问题的技术方案是对Buck
‑
Boost矩阵变换器(Buck
‑
Boost Matrix Converter,BBMC)中电容电压与电感电流两状态变量分别构建相应的控制闭环，其中以电容电压为控制外环，电感电流为控制内环；根据BBMC的参考输出电压信号并经相关变换得到其控制外环中相应电容电压的参考值，再针对该参考值与其实际值的偏差经准比例谐振控制器处理，得到控制内环电感电流的参考值；同样根据所得电感电流的参考值与其实际值的偏差，经准比例谐振控制器处理，得到BBMC中对应功率开关的占空比控制信号；根据所得占空比控制信号对BBMC中相应功率开关进行控制，即可实现BBMC的实际输出电压与其参考电压保持一致。
[0006]基于Buck
‑
Boost矩阵变换器的400Hz中频电源控制方法，包括如下步骤：
[0007](1)将Buck
‑
Boost矩阵变换器的直流偏置与参考输出电压信号叠加，得相应电容电压参考值u
C1ref
；
[0008](2)将电容电压参考值u
C1ref
与其实际值u
C1
进行比较，得电容电压偏差值Δu
C1
＝u
C1
‑
u
C1ref
；
[0009](3)将电容电压偏差值Δu
C1
作为电压控制外环准比例谐振控制器的输入，由该准比例谐振控制器对电容电压偏差值Δu
C1
进行处理依次得到电容电流参考值i
C1ref
和电感电流参考值i
L1ref
；
[0010](4)实时检测电感电流实际值i
L1
，根据步骤(3)所得电感电流参考值i
L1ref
，计算得电感电流偏差值Δi
L1
＝i
L1
‑
i
L1ref
，经电流控制内环准比例谐振控制器处理得电感电压参考
值u
L1ref
，再根据所得电感电压参考值u
L1ref
得BBMC中对应功率开关的占空比d1；
[0011](5)根据步骤(4)所得占空比d1及设置的IGBT开关周期，得其对BBMC中相应功率开关进行控制，即可在BBMC输出端获得与其参考电压一致的输出电压。
[0012]优选地，步骤(3)中，通过公式(1)得电容电流参考值i
C1ref
：
[0013]i
C1ref
＝L
‑1[G
CPR
(s)
·
Δu
C1
(s)](1)
[0014]式中：L
‑1为拉氏反变换运算符，Δu
C1
(s)为电容电压偏差值Δu
C1
的拉普拉斯象函数，G
CPR
(s)为准比例谐振控制器的传递函数，其函数关系式为：
[0015][0016]式中：K
CP
和K
CR
分别为电压控制外环准比例谐振控制器的比例控制增益和谐振控制增益，ω
c
为截止频率，ω0为谐振频率，s为复变量。
[0017]优选地，步骤(3)中，通过公式(3)得电感电流参考值i
L1ref
：
[0018][0019]式中：i1为BBMC输出电流实测值，u
C1
为电容电压实测值，为BBMC直流侧电压实测值。
[0020]优选地，步骤(4)中，通过公式(4)得电感电压参考值u
L1ref
：
[0021]u
L1ref
＝L
‑1[G
LPR
(s)Δi
L1
(s)](4)
[0022]式中：L
‑1为拉氏反变换运算符，Δi
L1
(s)为电感电流偏差值Δi
L1
的拉普拉斯象函数，G
LPR
(s)为准比例谐振控制器的传递函数，其函数关系式为：
[0023][0024]式中：K
LP
和K
LR
分别为电流控制内环准比例谐振控制器的比例控制增益和谐振控制增益，ω
c
为截止频率，ω0为谐振频率，s为复变量。
[0025]优选地，步骤(4)中，通过公式(6)得占空比d1：
[0026][0027]式中：u
C1
为电容电压实测值，为BBMC直流侧电压实测值。
[0028]与现有技术相比，本专利技术首创的提出采用准比例谐振控制器顺次处理电容电压、电感电流的参考值与其实际值的偏差，得出BBMC中对应功率开关的占空比控制信号，即可根据所得占空比控制信号对BBMC中相应功率开关进行控制，使BBMC的实际输出电压与其参考电压保持一致，从而达到准确控制BBMC输出电压的目的。本专利技术所提出的控制方法具有稳态精度高、动态性能好及控制参数少等特点。
附图说明
[0029]图1为本专利技术提供的基于BBMC的400Hz中频电源控制方法步骤图；
[0030]图2为本专利技术提供的基于BBMC的400Hz中频电源控制系统的主电路拓扑结构图；
[0031]图3为本专利技术提供的基于BBMC的400Hz中频电源控制装置的结构示意图；
[0032]图4为本专利技术电容电压控制外环原理框图；
[0033]图5为本专利技术电感电流控制内环原理框图；
[0034]图6为本专利技术基于准比例谐振控制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于Buck
‑
Boost矩阵变换器的400Hz中频电源控制方法，其特征在于，包括以下步骤：2、将Buck
‑
Boost矩阵变换器的直流偏置与参考输出电压信号叠加，得相应电容电压参考值u
C1ref
；3、将电容电压参考值u
C1ref
与其实际值u
C1
进行比较，得电容电压偏差值Δu
C1
；(3)将电容电压偏差值Δu
C1
作为电压控制外环准比例谐振控制器的输入，由该准比例谐振控制器对电容电压偏差值Δu
C1
进行处理依次得到电容电流参考值i
C1ref
和电感电流参考值i
L1ref
；(4)实时检测电感电流实际值i
L1
，根据步骤(3)所得电感电流参考值i
L1ref
，计算得电感电流偏差值Δi
L1
，经电流控制内环准比例谐振控制器处理得电感电压参考值u
L1ref
，再根据所得电感电压参考值u
L1ref
得BBMC中对应功率开关的占空比d1；(5)根据步骤(4)所得占空比d1及设置的IGBT开关周期，得其对BBMC中相应功率开关进行控制，即可在BBMC输出端获得与其参考电压一致的输出电压。2.根据权利要求1所述的基于Buck
‑
Boost矩阵变换器的400Hz中频电源控制方法，其特征在于，步骤(3)中，通过公式(1)得电容电流参考值i
C1ref
：i
C1ref
＝L
‑1[G
CPR
(s)
·
Δu
C1
(s)](1)式中：L
‑1为拉氏反变换运算符，Δu
C1
(s)为电容电压偏差值Δu
C1
的拉普拉斯象函数，G
CPR
(s)为准比例谐振控制器的传递函数。3.根据权利要求2所述的基于Buck
‑
Boost矩阵变换器的400Hz中频电源控制方法，其特征在于，G
CPR
(s)通过公式(2)计算而得：式中：K
CP
和K
CR
分别为电压控制外环准比例谐振控制器的比例控制增益和谐振控制增益，ω
c
为截止频率，ω0为谐振频率，s为复变量。4.根据权利要求1所述的基于Buck
‑
Boost矩阵变换器的400Hz中频电源控制方法，其特征在于，步骤(3)中，通过公式(3)得电感电流参考值i
L1ref
：式中：i1为BB...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小平，钟达栩，龚俊，肖华银，余萍，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：