一种高频有源钳位反激变换器异步均值电流采样控制方法

本发明涉及电力电子与电力传动，具体涉及一种高频有源钳位反激变换器异步均值电流采样控制方法。

背景技术：

1、在高频开关领域中，有源钳位反激(active-clamp flyback，acf)变换器具有结构简单、电气隔离效果好、电压应力小、输入范围宽以及工作效率和开关频率高等优点，被广泛应用于电源适配器、微逆等多种拓扑结构中。

2、目前，acf变换器的控制方法主要包括电压模控制和电流模控制。电流模控制因具有高瞬态响应能力，易于实现过流检测和均流控制而成为主流控制方式，其广泛使用的控制模式一般为峰值电流控制及平均电流控制；峰值电流控制属于直接电流控制，输入电压的变化会直接在电感电流上体现，但是此种控制方式存在环路不稳定的问题，会出现次谐波振荡且电磁干扰(electromagnetic interference，emi)较大；而平均电流控制具有较好的准确性，但由于高频谐振过程导致的非线性电感电流使得高频acf变换器不能通过采集清晰的拐点电流进行平均值计算实现高精度采样控制，容易出现部分电感电流采样值严重失真进而影响系统稳定性。

3、对于acf变换器而言，其相应的控制过程都是通过控制功率开关管的开断来实现相应功能，通常与脉冲宽度调制策略(pulse width modulation，pwm)结合采用对称或非对称规则采样来对信号进行离散化处理，其电流的采样控制时序及采样点与载波同步且多分布于开关管触发及关断时刻，在高频模式下其控制时延减小但控制准确性降低易受电流振荡影响，使控制器的动态性能下降，且无法在不引入额外功耗的前提下提高控制响应。

4、因此，如何提供一种高频有源钳位反激变换器异步均值电流采样控制方法，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种高频有源钳位反激变换器异步均值电流采样控制方法，通过异步均值电流采样控制方法对有源钳位反激变换器原边进行调节，有效避免了高频噪声信号带来的干扰，降低了环路振荡，提高了电感电流的采集精度，充分保障了系统的稳定性和动态响应能力。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种高频有源钳位反激变换器异步均值电流采样控制方法，适用于高频有源钳位反激变换器原边调节，该控制方法包括以下步骤：

4、步骤s1，通过载波移相脉宽调制策略生成移相后的三角载波c1，在主管ql信号关断瞬间，将副管qh脉冲设为一固定窄脉冲信号pwmh；

5、步骤s2，在主管ql开通瞬间且电感电流il由零稳定上升过程中，在三角载波c1的底点处对稳定上升的电感电流il进行采样，实时获取原边高频瞬时电流状态变量iavg；

6、步骤s3，将瞬时电流状态变量iavg以n个为一组进行均值处理后再进行闭环控制，得到当前控制周期的调制波信号i*；其中：

7、

8、式中，tsw为三角载波c1的周期，tsa为电感电流il采样的周期，tco为闭环控制的周期；

9、步骤s4，将当前控制周期的调制波信号i*更新到下一控制周期，并将更新后的调制波信号i*与三角载波c1进行比较，根据比较结果得到主管驱动脉冲信号pwml。

10、步骤s5，根据主管驱动脉冲信号pwml和固定窄脉冲pwmh分别控制主管ql和副管qh的开断。

11、进一步的，将瞬时电流状态变量iavg以n个为一组进行均值处理后再进行闭环控制，得到当前控制周期的调制波信号i*，具体过程为：

12、将瞬时电流状态变量iavg以n个为一组进行均值处理后再与参考电流信号i*(t)进行比较，得到误差信号；

13、利用控制算法对误差信号进行计算，得到当前控制周期的调制波信号i*。

14、进一步的，控制算法包括pid、pr和dq解耦控制算法。

15、进一步的，在下一控制周期将更新后的调制波信号i*与三角载波c1进行比较，根据比较结果得到主管驱动脉冲信号pwml，具体过程为：

16、当更新后的调制波信号i*大于三角载波c1时，输出高电平；反之，则输出低电平。

17、与现有技术相比，本发明具有如下优势：

18、本发明采用异步均值电流采样控制方法，在载波移相脉宽调制策略下，生成有源钳位反激变换器原边主副管断续模式下的脉冲信号；主管开通瞬间，原边电感电流由零稳定上升过程中，在三角载波底点处进行高频瞬时电流均值采样；将原边高频电流采样数值以n个为一组经均值处理后进行异步控制(闭环控制)；经采样控制周期对调制波信号进行异步更新并与三角载波进行比较得到驱动脉冲信号。本发明通过异步均值电流采样控制方法对有源钳位反激变换器原边进行调节，不仅避免了高频噪声信号带来的干扰，而且，相较于峰值电流采样，本方案采用的均值电流采样方法，能有效降低环路振荡，提高电感电流的采集精度，充分保障了系统的稳定性和动态响应能力。此外，该方法具有较高的灵活性，可与各种控制策略相结合，广泛应用于电源适配器、微逆等多种拓扑结构中。

技术特征：

1.一种高频有源钳位反激变换器异步均值电流采样控制方法，适用于高频有源钳位反激变换器原边调节，其特征在于，该控制方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高频有源钳位反激变换器异步均值电流采样控制方法，其特征在于，将瞬时电流状态变量iavg以n个为一组进行均值处理后再进行闭环控制，得到当前控制周期的调制波信号i*，具体过程为：

3.根据权利要求2所述的一种高频有源钳位反激变换器异步均值电流采样控制方法，其特征在于，控制算法包括pid、pr和dq解耦控制算法。

4.根据权利要求1所述的一种高频有源钳位反激变换器异步均值电流采样控制方法，其特征在于，将更新后的调制波信号i*与三角载波c1进行比较，根据比较结果得到主管驱动脉冲信号pwml，具体过程为：

技术总结本发明公开了一种高频有源钳位反激变换器异步均值电流采样控制方法，包括以下步骤：在载波移相脉宽调制策略下，生成有源钳位反激变换器原边主副管断续模式下的脉冲信号；主管开通瞬间，原边电感电流由零稳定上升过程中，在三角载波底点处进行高频瞬时电流均值采样；将原边高频电流采样数值以N个为一组经均值处理后进行异步控制；经采样控制周期对调制信号进行异步更新并与三角载波进行比较得到驱动信号。本发明通过采用异步均值电流采样控制方法，有效避免了高频噪声信号及环路振荡，提高了瞬时电感电流的采集精度，增强了系统稳定性。此外，该控制方法具有较高的灵活性，可与多种控制策略相结合，广泛应用于电源适配器、微逆等多种拓扑结构中。技术研发人员：马俊鹏,李昊轩,黄宇杭,王顺亮,刘天琪受保护的技术使用者：四川大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9