[发明专利]AC-DC-DC变换器及其双环前馈二次纹波抑制方法

说明书

本发明提供一种AC‑DC‑DC变换器，包括单相交流电usubgt;s/subgt;、电感Lsubgt;s/subgt;、电容Csubgt;1/subgt;、开关管Tsubgt;1/subgt;、开关管Tsubgt;2/subgt;、开关管Tsubgt;3/subgt;、开关管Tsubgt;4/subgt;、续流二极管Dsubgt;1/subgt;、续流二极管Dsubgt;2/subgt;、续流二极管Dsubgt;3/subgt;、续流二极管Dsubgt;4/subgt;、直流侧滤波电容C、负载电阻R、第一全桥模块、电感Lsubgt;r/subgt;、变压器T、第二全桥模块、电感Lsubgt;f/subgt;、电容Csubgt;2/subgt;、电阻Rsubgt;0/subgt;、负载电流采样器、输出电压采样器、比例积分器、电压比例放大器、电流比例放大器、电压陷波器、电流陷波器、输出电压控制器、加法器、电压减法器、电流减法器、二次纹波控制器、移相控制器、电流最大幅值控制器、电流环控制器及驱动控制器；本发明还提供一种AC‑DC‑DC变换器双环前馈二次纹波抑制方法，本发明可以抑制二次纹波干扰。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种AC-DC-DC变换器及其双环前馈二次纹波抑制方法。

背景技术

隔离型AC-DC-DC变换器通过两级变换器实现交直流变换，既能实现功率双向变换，又能实现输入、输出端之间的电气隔离。具有灵活控制，同时兼顾电池充放电性能与电网电能质量等优点、广泛应用于稳压电源、电动汽车、智能电网等领域，其电路结构如图1所示。单相全桥整流器将输入的单相交流电u_s变换为直流电u₁，再通过双向隔离DC-DC变换器输出稳定的直流电压u₂。但前级AC-DC变换器的瞬时功率中含有两倍电网频率的交流分量，这个脉动会对后级DC-DC变换器造成纹波过大。

电池对充放电电压精度要求很高，为了保证输出电压的高精度与低纹波，通常的解决方案是在单相全桥整流器输出端加入额外较大的LC滤波元件(二次滤波器)来平衡脉动功率，二次纹波倍频信号与输入信号频域较近，滤波频率与带宽需准确计算，才能在滤除二次纹波时，又不影响正常的信号。此控制方式电路及控制结构简单，但精度不高，输出还是会存在二次纹波干扰，同时额外的LC滤波元件降低了效率、加大了成本，导致变换器整体体积变大，不能满足小型化变换器的需求。如果取消了LC滤波元件，低频脉动将会影响后级的双向隔离DC-DC变换器正常工作。因此，通过控制算法对单相AC-DC-DC变换器进行二次纹波抑制是一种解决方案。

针对此类电路拓扑存在的缺陷，通过解析二次纹波分量在AC-DC-DC变换器中的传递机理，发明了一种AC-DC-DC变换器二次纹波的抑制方法。在减少二次滤波元件的条件下，使DC-DC输出端二次纹波分量大幅减少。不仅实现了电路的优化，同时又能改善输出电压的稳定性，提高变换器的整体效率。

为了保证输出电压的高精度与低纹波，需抑制AC-DC-DC变换器二次纹波分量引起的的谐波扰动，目前大多数采用三种方法。

第一种方法：由第三方储能装置提供反相位的二倍频脉动功率与二次纹波能量相抵消，但这种方法需额外的储能装置，会使电路结构及控制方式变复杂，增加了系统的体积和成本。由于抑制二次纹波的能量是由额外的储能装置提供，会降低整个系统的效率，故只能适用于对变换效率要求不高的场合。

第二种方法：无源无损吸收技术，在AC输出端加入LC滤波器来滤除二次纹波扰动，纹波扰动会得到一定的抑制，但要求准确的滤波参数、易受干扰、滤波元件发热等问题。其次，由于加入额外的电感，系统体积与重量受限，LC参数不易配置，高频时LC会增加功率开关管的损耗，降低了效率。