[发明专利]一种开关电源及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别是一种开关电源及其控制方法。 

背景技术

随着电力电子器件、装置拓扑结构及控制技术的发展，现代电力电子技术已经成为高效、节能、传统设备改造及产业升级的重要手段和关键因素。近年来国内外相继研制出用于低压领域的高效高频开关电源。开关电源是利用现代电力电子技术，控制半导体开关器件开通和关断的时间比率，维持输出电压电流稳定的一种电源，开关电源一般由主电路和控制电路构成。传统电镀电解直流电源主要采用工频整流、不可控整流、晶闸管可控整流技术，电源装备体积大、能耗高、效率低，且网侧功率因数低、谐波含量高，严重影响了企业配电网的安全运行。与传统工频整流电源相比，新型开关电源具有高效节能，重量轻，体积小，动态性能好，适应性更强，有利于实现工艺过程自动化和智能化控制等显著优点。 

但是，在大功率高频开关电源中，经过功率开关管的电流很大，开关管两端的电压也很大，因此开通损耗就非常大。一般每个开关管一个周期中至少开通和关断各一次，从而开关过程中产生的开关损耗最多可以高达通态损耗的数十倍，不仅存在开关损耗，还很容易导致开关噪声的产生，提高开关频率虽然有助于减少电源的体积，但是开关损耗也会增加，电源效率降低，电磁干扰增大。 

软开关技术的出现能够解决上述问题，通过在原来的电路中增加电感、电容等谐振元件构成辅助谐振网络，使开关管在开通或者关断之前两端的电 压降为零或者流过的电流降为零，从而减少开关的损耗和高频噪声。软开关技术具有代表性的是无源软开关技术和有源软开关技术，主要有零电压开关零电流开关(ZVS/ZCS)、准谐振技术、零电压/零电流脉冲宽度调制技术(ZVS/ZCS-PWM)以及无源无损软开关技术、有源软开关等，由于软开关能大幅降低损耗，提高效率，在实际电路中有广泛的应用。为了实现开关的零电压导通的同时能实现零电流关断，有文献提出采用副边能量回收缓冲电路实现原边电流复位，电路结构简单，有较高的工程应用价值，但是，变压器需要进行特殊的设计，增加了额外的成本；也有文献提出一种适用于大功率电弧焊接用的全桥相移脉宽调制型DC/DC变换器，引入了附加变压器和附加缓冲电路，能够实现主要工作方式空载和短路状态下的零电压导通、零电流关断，其拓扑结构复杂，而且存在环流。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种开关电源及其控制方法，减小开关损耗，提高开关电源效率。 

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种开关电源，包括前级三相电压型PWM整流器和后级高频DC/DC变换器，所述后级高频DC/DC变换器包括依次连接的全桥逆变电路、高频变压器、低压整流器；所述全桥逆变电路包括两个并联的桥臂，所述两个桥臂的中点通过两个串联电感连接；所述两个串联电感的中点与所述前级三相电压型PWM整流器直流电容支路的两个直流电容中点连接；所述直流电容支路两端与所述全桥逆变电路连接；所述前级三相电压型PWM整流器通过三个输入滤波电感接入三相电网；所述低压整流器与负载连接。 

本发明还提供了一种上述开关电源的控制方法，包括前级三相电压型 PWM整流器控制方法和后级高频DC/DC变换器控制方法： 

所述前级三相电压型PWM整流器控制方法包括以下步骤： 

1)在每个过零采样周期开始的时刻，对三相电网电压u_a、u_b、u_c；输入的三相电流i_a、i_b、i_c；括前级三相电压型PWM整流器的直流侧电压u_dc分别进行采样； 

2)将u_dc与给定电压值U_ref相减，并将相减后的误差送入电压外环的PI调节中，得到一个电流指令信号I_dc： 

I_dc＝k_pΔU_dc+k_I∫ΔU_dcdt； 

k_p和k_I分别为PI调节的比例系数和积分系数；Δu_dc＝u_ref-u_dc为电压跟踪误差；u_ref为三相电压型PWM整流器直流侧电压给定值；