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          帶雙Buck逆變器的DC/DC變換器低頻電流紋波抑制

          作者: 時(shí)間:2013-08-23 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          摘要:兩級(jí)式逆變器瞬時(shí)輸出功率中含有兩倍輸出電壓頻率的脈動(dòng)分量,該脈動(dòng)功率以脈動(dòng)電流形式表現(xiàn)在輸入側(cè),對(duì)供電電源及自身造成影響。詳細(xì)分析了后級(jí)為全橋和雙Buck時(shí)兩倍頻脈動(dòng)功率的表現(xiàn)形式和傳輸機(jī)理,針對(duì)后級(jí)為雙Buck的兩級(jí)式逆變器提出新的采樣方式,并在控制環(huán)路中引入來(lái)抑制。在此基礎(chǔ)上,定量分析了不同紋波抑制方法的效果,指出較平均電流控制在動(dòng)態(tài)性能方面的優(yōu)勢(shì)。最后,通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證,并給出了紋波抑制前后的系統(tǒng)效率曲線。
          關(guān)鍵詞:變換器;;

          1 引言
          在不間斷電源、光伏和電動(dòng)汽車等分布式發(fā)電系統(tǒng)中,為獲得負(fù)載所需115 V或220 V交流電,系統(tǒng)通常需采用DC/DC+DC/AC兩級(jí)式結(jié)構(gòu)。由于逆變器瞬時(shí)功率中含兩倍頻脈動(dòng)量,則前級(jí)DC/DC變換器輸入電流將含有低頻脈動(dòng)量,對(duì)直流輸入源產(chǎn)生不利影響。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)輸入電流紋波值給出了明確規(guī)定。目前關(guān)于抑制的研究均是針對(duì)后級(jí)為全橋逆變器的架構(gòu),而對(duì)于逆變級(jí)為雙Buck逆變器的前級(jí)DC/ DC變換器輸入電流紋波抑制方法,尚無(wú)文獻(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)分析。
          在此基礎(chǔ)上,這里對(duì)后級(jí)為雙Buck變換器的兩級(jí)式逆變器兩倍頻脈動(dòng)功率進(jìn)行了分析,引入陷波濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)雙Buck逆變器負(fù)載時(shí)DC/ DC變換器輸入側(cè)低頻紋波抑制,分析了不同紋波抑制方法時(shí)系統(tǒng)的,并給出系統(tǒng)效率曲線。

          2 不同類型逆變器時(shí)脈動(dòng)功率分析
          2.1 全橋逆變器時(shí)
          當(dāng)后級(jí)為全橋變換器時(shí),兩級(jí)式逆變器結(jié)構(gòu)如圖1所示。對(duì)于線性負(fù)載,其輸出電壓、電流為:
          b1.jpg
          式中:Uo,Io分別為輸出電壓、電流的有效值;ω為輸出電壓的角頻率:φ為輸出阻抗角。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/175738.htm

          a.JPG


          瞬時(shí)輸出功率為:
          po(t)=uo(t)io(t)=UoIo[cosφ-cos(2ωt-φ)] (2)
          由于母線電壓脈動(dòng)幅值△Ubus占中間母線電壓Ubus的比例很小,假設(shè)Ubus為恒定值,若不考慮系統(tǒng)損耗,可得逆變器輸入電流瞬時(shí)值為:
          iinv=UoIo[cosφ-cos(2ωt-φ)]/Ubus (3)
          而△Ubus是由逆變器輸入電流的充放電引起的,故母線電壓脈動(dòng)頻率為2fo(fo為輸出電壓頻率),則DC/DC變換器輸入電流為:
          iin=UoIo[cosφ-cos(2ωt-φ)]Uin (4)
          式中:Uin為DC/DC變換器輸入電壓。
          可見,DC/DC變換器輸入電流脈動(dòng)頻率為2fo,電感電流脈動(dòng)頻率亦為2fo。
          2.2 雙Buck逆變器時(shí)
          后級(jí)為雙Buck逆變器時(shí),兩級(jí)式逆變器結(jié)構(gòu)如圖2所示。逆變器正半周期工作時(shí),Cbus放電,Cbus充電;負(fù)半周期工作時(shí),Cbus1,充電,Cbus2放電。在一個(gè)周期內(nèi),Cbus1,Cbus2各完成一次充放電,所以單個(gè)母線電容電壓脈動(dòng)頻率為fo,兩電容電壓之和在一個(gè)周期內(nèi)完成兩次充放電,則脈動(dòng)頻率為2fo。

          c.JPG


          雙Buck逆變器無(wú)偏置電流工作時(shí),由于DC/DC變換器與逆變器相互作用,DC/DC變換器以半周期模式工作,即在逆變器半周期內(nèi),DC/ DC變換器輸出電流僅流過(guò)單個(gè)直流濾波電感Ldc1或Ldc2,則單個(gè)電感電流脈動(dòng)頻率為fo,兩直流濾波電感電流之和脈動(dòng)頻率為2fo,DC/DC變換器輸入電流脈動(dòng)頻率為2fo。

          3 雙Buck逆變器時(shí)輸入側(cè)低頻紋波抑制
          3.1 輸入側(cè)低頻脈動(dòng)電流抑制方法
          對(duì)雙環(huán)控制的DC/DC變換器,將電壓控制器的誤差信號(hào)作為電流給定。由于采樣的電壓信號(hào)中含低頻分量,使電流給定中也含低頻分量,因而使電感電流成為脈動(dòng)的電流,則輸入電流也隨之脈動(dòng)。若電流給定低頻含量小,則輸入電流將變得平直?;诖艘胂莶V波器將電流給定中特定的頻率成分消除或大大衰減,從而抑制低頻紋波。

          d.JPG


          由上節(jié)可知,逆變級(jí)為雙Buck變換器時(shí),DC/DC變換器以半周期模式工作。因此,DC/DC變換器電壓環(huán)采樣母線電壓的一半,電流環(huán)采樣兩電感電流之和,引入的陷波濾波器中心頻率設(shè)計(jì)為fo。DC/DC變換器控制框圖如圖3所示。

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