一種基于臨界電流控制的逆變器延時補償方法技術

本發明專利技術公開了一種基于臨界電流控制的逆變器延時補償方法，屬于電力電子變換器技術領域。基于臨界電流控制的逆變器通過控制電感電流雙向流動實現開關管的軟開關，而實際控制電路中使用的比較器、PWM模塊和驅動電路等非理想因素產生的延時和軟開關過程的死區時間會帶來電感電流的控制偏差。傳統的死區補償方式一般針對定頻控制，而且忽略開關管的寄生電容，不適用于臨界電流控制，本發明專利技術全面考慮臨界電流控制中所有控制延時和死區時間的影響，能夠精確補償電感電流的控制偏差，改善輸出并網電流的波形質量。

An inverter delay compensation method based on critical current control

The invention discloses an inverter time-delay compensation method based on a critical current control, which belongs to the technical field of power electronic converters. By controlling the two-way flow of inductor current to achieve switches' soft switching inverter control based on critical current, dead time process and the actual control circuit used in the comparator, the PWM module and the drive circuit to produce non ideal factors of delay and soft switching control deviation with incoming current sense. Dead time compensation of traditional for fixed frequency control, and ignore the parasitic capacitance switch tube, does not apply to the control of critical current, comprehensive consideration of the invention affect the critical current control of all control delay and dead time, can control the accurate compensation inductor current deviation, improve the waveform quality of the grid current output.

【技術實現步驟摘要】
一種基于臨界電流控制的逆變器延時補償方法
本專利技術涉及一種基于臨界電流控制的逆變器延時補償方法，屬于電力電子變換器

技術介紹
并網逆變器在新能源發電和分布式發電等場合具有廣泛的應用前景。提高逆變器的開關頻率是并網逆變器設計的重要趨勢，提高開關頻率可以減小無源元件的體積，進而可以提高并網逆變器的功率密度。然而，提高開關頻率不僅會增加開關損耗，還會帶來更嚴重的電磁干擾問題。軟開關技術的應用能夠有效降低開關損耗，有助于開關頻率的提高，降低逆變器的體積，同時還能降低電磁干擾。目前的軟開關技術主要分為被動式軟開關技術和主動式軟開關技術。被動式軟開關技術主要包括無源軟開關技術和有源軟開關技術。然而被動式軟開關技術都需要額外的器件和輔助電路，不僅增加了并網逆變器的體積、成本和重量，還增加了控制的復雜度。而基于臨界電流控制的主動式軟開關技術可以在不增加任何額外器件和電路的情況下，通過控制逆變側電感電流在每個開關周期內雙向流動，實現功率開關管的零電壓開通，附圖1給出了主電路拓撲以及該控制策略下的電感電流波形示意圖。附圖1(a)為主電路拓撲，即全橋逆變電路，沒有增加任何額外器件和輔助電路。附圖1(b)為該控制策略下逆變側電感電流波形示意圖，電感電流在每個開關周期內雙向流動，負向電流為開關管實現ZVS提供了條件。為了利用軟件預測控制的靈活與方便、硬件復位控制的準確性和快速性等特點，采用軟件預測控制與硬件復位控制相結合的數模混合控制方式實現臨界電流控制策略。在電網電壓正半周期內，電感電流上包絡線由軟件計算開通時間進行控制，開關電感電流下包絡線的控制通過硬件復位實現，如附圖2(a)所示。因為實際控制電路和功率開關管驅動電路等非理想因素產生的控制延時的存在，電感電流上下包絡線與預期設定之間會有較大偏差，導致輸出電流發生畸變，降低了輸出電流波形質量，如附圖2(b)所示。傳統的死區補償方式主要針對固定的開關頻率，一般忽略開關管輸出寄生電容的影響，而基于臨界電流模式的控制策略的開關頻率是變化的，而且利用電感電流在死區時間內對寄生電容充放電實現開關管的軟開關，實際電感電流在死區時間內有一定偏差，因此傳統的補償方式不適用于臨界電流模式控制。
技術實現思路
本專利技術的目的是針對基于臨界電流控制的逆變器由控制延時和死區時間造成輸出并網電流畸變問題以及傳統死區補償方式缺陷，提供一種精確的延時和死區時間的實時補償方法。本專利技術的目的是通過以下技術方案來實現的：一種基于臨界電流控制的逆變器延時補償方法通過實時計算補償控制延時和死區時間來修正電感電流的偏差，從而解決了并網電流的失真和過零畸變問題。該延時補償方法通過采樣直流母線電壓和輸出電壓，實時計算控制延時和死區時間導致控制量的偏差，對硬件復位控制的電感電流復位線、軟件預測控制的開通時間進行補償，從而消除電感電流的控制偏差。本專利技術具有如下有益效果：(1)不需要增加額外硬件電路，僅通過軟件實時計算實現延時和死區補償；(2)通過延時和死區實時補償，改善輸出電流波形質量，降低輸出電流的總諧波失真。附圖說明附圖1是主電路拓撲以及基于臨界電流控制的逆變側電感電流波形示意圖；附圖2是采用硬件復位控制和軟件預測控制結合的數模混合控制方式以及控制延時和死區時間對電感電流和輸出電流的影響示意圖；附圖3是硬件復位控制和軟件預測控制中開關管開關切換過程的電壓電流波形圖；附圖4是硬件復位控制時開關管開關切換過程的模態圖；附圖5是軟件預測控制時開關管開關切換過程的模態圖；附圖6是延時和死區補償前后逆變器輸出電流和電感電流仿真波形圖，其中，附圖6(a)為未加延時和死區補償的電流波形，輸出電流THD為3.43％，附圖6(b)為加復位控制延時和死區補償的電流波形，輸出電流THD為2.98％，附圖6(c)為加預測控制與復位控制延時和死區補償的電流波形，輸出電流THD為1.12％；附圖7是延時和死區補償前后逆變器在半載下輸出電流和電感電流實驗波形圖，其中，附圖7(a)為半載下未加延時和死區補償的電流波形，輸出電流THD分別為3.8％，附圖7(b)為半載下加預測控制與復位控制延時和死區補償的電流波形，輸出電流THD為1.2％；附圖8是延時和死區補償前后逆變器在滿載下輸出電流和電感電流實驗波形圖，其中，附圖8(a)為滿載下未加延時和死區補償的電流波形，輸出電流THD為2.8％，附圖8(b)為滿載下加預測控制與復位控制延時和死區補償的電流波形，輸出電流THD為1.2％；附圖9是基于臨界電流控制的逆變器延時補償方法實施流程圖以上附圖中的符號名稱：Vdc為直流母線電壓值，Vg為電網電壓有效值，Q1、Q2、Q3、Q4分別為全橋逆變電路的四個開關管，Ls為逆變側開關電感，Co為輸出濾波電容，Lo為輸出濾波電感，iLs為逆變側開關電感電流，IB為電感電流復位線電流值，ΔiLower、ΔiUpper分別為硬件復位控制和軟件預測控制的電感電流控制偏差，io為輸出電流，CMP為高速模擬比較器輸出，PWM為開關管Q1、Q2對應的PWM信號，vGS1、vGS2分別為開關管Q1、Q2的驅動信號，vds1、vds2分別為開關管Q1、Q2的漏源極電壓，tdLower、tdUpper分別為開關管Q1、Q2對應的死區時間，t、t0～t14為時間。具體實施方式結合附圖對本專利技術的技術方案進行詳細說明。本專利技術基于臨界電流控制的逆變器延時補償方法根據控制延時和死區時間對電感電流、輸出電流的影響，實時計算電感電流的補償量，消除電感電流的控制偏差。下面分析控制延時和死區時間導致的電感電流控制偏差。復位控制模態I：如附圖4(a)所示，開關管Q2、Q4導通，逆變側電感電流線性下降，主要有下面三個階段：階段一[t0-t1]：t0時刻逆變側電感電流線性下降到高速模擬比較器設定的下限復位值。經過比較器的大信號響應時間tCMP后比較器輸出故障信號到PWM模塊。PWM模塊經過故障觸發響應時間tFLT后復位自身時基并翻轉PWM輸出信號。階段二[t1-t2]：t1時刻PWM輸出信號翻轉。經過驅動電路的關斷延時toffDRV后，Q2的驅動信號開始下降。階段三[t2-t3]：經過關斷時間tfDRV后，t3時刻開關管Q2的驅動信號下降到其驅動門檻電壓vt，開關管Q2關斷。模態II：如附圖4(b)所示，開關管Q2關斷后，逆變側電感電流開始對開關管Q1、Q2的結電容進行充放電，開關管Q1、Q2的漏源極電壓分別線性下降、線性上升：階段四[t3-t4]：t4時刻開關管Q2的漏源極電壓上升到電網電壓vg，此時逆變側電感兩端電壓為零，電感電流達到負向最大值(開關管等效結電容為Cs)。階段五[t4-t5]：開關管Q1的漏源極電壓繼續線性下降，t5時刻漏源極電壓下降到零。模態III：如附圖4(c)所示，開關管Q1的漏源極電壓下降到零后，其體二極管開始導通：階段六[t5-t6]：PWM模塊時基復位后，經過設定的死區時間tdLow后輸出開關管Q1的PWM信號。t6-t5＝tdLower-toffDRV-tfDRV-tZVSLower(3)根據模態分析可以得出，從逆變側電感電流下降至設定的下限復位值到電感電流達到負向最大值的時間就是復位控制中的延時總和，可以得出相應的補償電流大小：tdlyLower＝tCMP+t本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于臨界電流混合控制的并網逆變器延時補償方法，其特征在于：通過實時計算控制延時以及死區對電感電流的影響，改變開關管開通或者關斷時間實現精確補償控制延時和死區效應，提高輸出并網電流波形質量。

【技術特征摘要】
1.一種基于臨界電流混合控制的并網逆變器延時補償方法，其特征在于：通過實時計算控制延時以及死區對電感電流的影響，改變開關管開通或者關斷時間實現精確補償控制延時和死區效應，提高輸出并網電流波形質量。2.根據權利要求1所述一種基于臨界電流控制的逆變器延時補償方法，其特...

【專利技術屬性】
技術研發人員：許亞坡，胡海兵，于波，陳浩，尹浩，曹煬，
申請(專利權)人：南京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：江蘇,32