基于Buck-Boost逆变电路的低纹波可调直流稳压电源控制方法

本发明涉及直流稳压电源领域，尤其涉及一种基于buck-boost逆变电路的低纹波可调直流稳压电源控制方法。

背景技术：

1、直流稳压电源是由交流电源经整流稳压等环节而形成的，已在国民经济各领域得到了广泛应用。直流稳压电源输出电压稳态精度和纹波等技术指标对于其应用对象将产生重要影响，尤其对于一些精密仪器设备如扫描电镜、透射式电镜等来说，决定电镜分辨率的关键因素是其低纹波高压直流供电电源输出电压的高稳定性，目前在有关低纹波高稳定性直流稳压电源方面已开展了大量研究，提出了诸如整流-高频逆变器-变压器升压-整流等多种主电路方案，虽然取得了较好的效果，但仍存在电路结构复杂、体积大等不足。为此，中国发明专利申请cn202211033703.5-一种低纹波可调直流稳压电源及其控制方法提出了一种可调直流稳压电源拓扑结构及相应的控制方法，不仅简化了主电路结构(仅包括依次串联的三相pwm整流电路、三相交错并联buck-boost中频逆变电路及三相桥式不可控整流电路)，而且具有输出电压任意可调等特点，但其仍未能解决输出电压高稳态精度和低纹波的技术要求。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于buck-boost逆变电路的低纹波可调直流稳压电源控制方法，所述控制方法通过采用比例积分-矢量比例积分复合控制算法对buck-boost逆变电路中的电容参考电压与其实际电压的偏差进行计算得电容参考电流，将所得电容参考电流换算为电感参考电流，再继续采用比例积分-矢量比例积分复合控制算法对电感参考电流与其实际电流的偏差进行计算得占空比，根据所得占空比对buck-boost逆变电路中对应功率开关进行控制。

2、优选地，上述控制方法包括以下步骤：

3、(1)实时检测直流稳压电源的输出电压实测值udc，根据直流稳压电源的输出电压预设值udcref，计算得三相交错并联buck-boost逆变电路的输出电压参考值uref；

4、(2)根据步骤(1)所得buck-boost逆变电路的输出电压参考值uref，得该逆变电路中的电容参考电压ucref；

5、(3)实时检测电容的实际电压uc，根据步骤(2)所得电容参考电压ucref，计算得其偏差δuc，经比例积分-矢量比例积分复合控制算法处理，得电容参考电流icref；

6、(4)实时检测buck-boost逆变电路的实际输出电流i、buck-boost逆变电路输入侧直流电压及电容电压实际值uc，根据步骤(3)所得电容参考电流icref，计算得buck-boost逆变电路中的电感参考电流ilref；

7、(5)实时检测电感实际电流il，根据步骤(4)所得电感的参考电流ilref，计算得其偏差δil，经比例积分-矢量比例积分复合控制算法处理，得电感参考电压ulref；

8、(6)根据步骤(5)所得的电感参考电压ulref，以及实时检测的buck-boost逆变电路输入侧直流电压及电容电压实际值uc，求得buck-boost逆变电路中对应功率开关的占空比d；

9、(7)根据步骤(6)所得占空比d及相应的开关周期，对buck-boost逆变电路中对应功率开关进行控制。

10、更优选地，通过公式(1)计算步骤(1)中所述buck-boost逆变电路的输出电压参考值uref：

11、

12、式中：udcref为直流稳压电源的输出电压参考值预设值，ω和θ分别为buck-boost逆变电路输出电压参考值的角频率和初始相位角，t为buck-boost逆变电路运行的某一时刻，l-1为拉氏反变换运算符，δu(s)为输出电压偏差δu的拉普拉斯象函数，g3(s)为pi控制器的传递函数。

13、更优选地，通过公式(3)计算步骤(2)中电容的参考电压ucref：

14、

15、式中：k为直流偏置电压系数，udcref为直流稳压电源输出电压参考值预设值，uref为buck-boost逆变电路的输出电压参考值，l-1为拉氏反变换运算符，δu(s)为输出电压偏差δu的拉普拉斯象函数，g3(s)为pi控制器的传递函数。

16、进一步，通过公式(2)计算pi控制器的传递函数g3(s)：

17、

18、式中：kp和ki分别为比例系数和积分系数，s为微分算子。

19、更优选地，通过公式(4)计算步骤(3)中逆变电路中的电容参考电流icref：

20、icref＝l-1[g1(s)·δuc(s)]  (4)

21、式中：l-1为拉氏反变换运算符，δuc(s)为电容电压偏差δuc的拉普拉斯象函数，g1(s)为比例积分-矢量比例积分复合控制器的传递函数，其中：

22、

23、式中：a＝kcp/rc，b1＝-kcp+rcckci+2rcckcv，b2＝-25kcpω2+2rcckcr，b3＝-25kcirccω2，c1＝rc2c，c2＝rc，c3＝25rc(1+rcc)ω2，其中kcp和kci分别为比例积分控制的比例系数和积分系数，kcv和kcr分别为矢量比例积分控制的比例系数和增益系数，其中kcr＝8kcvrf/π2l，rf为负载电阻，ω为buck-boost逆变电路输出电压角频率，c为buck-boost逆变电路中的电容值，rc为电容c的等效电阻，s为微分算子。

24、更优选地，通过公式(6)得步骤(4)所述电感参考电流ilref：

25、

26、式中：i为buck-boost逆变电路的实际输出电流，uc为电容电压，为buck-boost逆变电路输入侧直流电压。

27、更优选地，通过公式(7)得步骤(5)中所述电感参考电压ulref：

28、ulref＝l-1[g2(s)·δil(s)]  (7)

29、式中：l-1为拉氏反变换运算符，δil(s)为电感电流偏差δil的拉普拉斯象函数，δil＝il-ilref，g2(s)为比例积分-矢量比例积分复合控制器的传递函数，其中：

30、

31、式中：d1＝klp，d2＝kli+2klv，d3＝2klr+25klpω2，d4＝25kliω2，e1＝l，e2＝rl，e3＝25lω2,e4＝25rlω2，其中klp和kli分别为比例积分控制的比例系数和积分系数，klv和klr分别为矢量比例积分控制的比例系数和增益系数，其中kcr＝8kcvrf/π2l，rf为负载电阻，ω为buck-boost逆变电路输出电压角频率，l为buck-boost逆变电路中的电感值，rl为电感l的等效电阻，t为buck-boost逆变电路中功率开关的开关周期，s为微分算子。

32、更优选地，步骤(6)中，通过公式(9)得占空比d：

33、

34、式中：uc为电容电压实测值，为buck-boost逆变电路输入侧直流电压的实测值。

35、本发明的有益效果在于：本发明提供的基于buck-boost逆变电路的低纹波可调直流稳压电源控制方法输出电压参考值，通过采用比例积分-矢量比例积分复合控制算法对buck-boost逆变电路中的电容参考电压与其实际电压的偏差进行计算，将所得电容参考电流换算为电感参考电流，再继续采用比例积分-矢量比例积分复合控制算法对电感参考电流与其实际电流的偏差进行计算，得buck-boost逆变电路中对应功率开关的占空比；根据所得占空比对buck-boost逆变电路中对应功率开关进行控制，即可实现在保持其直流稳压电源的实际输出电压对其设定的参考输出电压无静差准确跟踪的基础上，达到有效提高其输出电压稳态精度并降低其输出纹波的目的。本发明所提控制方法具有控制算法简单、输出电压稳态精度高、纹波小、动态性能好等特点。