Abstract：This paper instroduces the design methods and work principle of high precision permanent current characteristic on ZXD-10/230 electric power switch rectifier Keyword：dynamic error、static error、current sampling、static compensation

 

1　引言

　　电力开关操作电源输出并联大容量蓄电池，以满足合闸动作时的冲击负荷。蓄电池要求稳流充电比较严格，以保证蓄电池寿命。电力入网要求稳流精度≤±0.5%，而一般企业内部标准要求更高≤±0.2%～±0.3%。稳流精度是体现电力开关整流器竞争力指标之一。中兴ZXD-10/230采用多环路控制和微机静态补偿方法实现高精度稳流特性，稳流指标达到≤±0.1%。

2　设计考虑

　　电力开关整流器稳流精度取决于动态误差和静态误差。动态误差取决于动态环路参数、器件品质、取样点和控制方式。静态误差取决于环路的校正方法和系统参数。中兴ZXD-10/230电力开关整流器正是基于上述因素考虑，开发设计而成的。

3　系统组成

图1　ZXD-10/230电力开关整流器原理框图
　　输入的三相交流电被整流滤波成脉动值很小的直流电作为DC/DC变换器的输入，直流电压经过主功率变换器被变换成高频方波脉冲，高频方波被输出整流滤波器整流、滤波后成为所需的直流电压。移相控制电路提供主功率开关管的驱动脉冲，同时通过电压、电流闭环反馈实现稳压、限流功能。机内监控单元接受外部命令控制整流器实现相应功能，整流器的工作状态、故障等通过机内监控单元来实现显示，同时，机内监控单元也可实现与上级监控模块的接口通讯。整流器内部各控制电路工作需要的电源均由开关辅助电源提供。

4　多环路移相微机控制稳流特性的实现

1) 原理框图


图2　多环路微机控制电路原理框图
　　整流器的主功率变换电路采用移相式全桥ZV－ZCS－PWM功率变换技术，超前臂采用辅助谐振网络实现在小电流负载情况下的零压开通和关断。滞后桥臂采用阻断隔离二极管实现关断的零流。在输入电压范围380V±20％，输出电压范围198V～315V的情况下，在全负载范围内可以实现电路工作在ZVZCS状态。相移控制部分由采用电压电流双闭环方式的移相控制电路，由相移谐振控制芯片UC3879及外围电路构成，产生移相控制脉冲，再经驱动电路进行功率放大后驱动全桥变换器工作；输出基准电压和限流电流值均由单片机通过D/A给定，这样输出电压和限流电流值均可由软件设定；电流内环电流采样用电流互感器在输出全桥整流电路处取样，全桥整流后送给电流控制内环。输出电压采样用分压电阻取正电压 。

2) 工作原理

　　动态环路由电压电流双闭环构成，实现整流器稳压稳流的要求。电压电流环都是由PI调节器组成。而电流内环的电流取样如果选择在输出直流侧，一是响应速度慢，二是容易受到外界的并联整流器的电解电容和蓄电池的影响，而改变环路的控制参数，控制环路参数设计困难。三是输出滤波电解电容是普通的高压电容，在40KHz情况下已经反映感性，增加了闭环设计难度。电流内环取样点选在输出整流桥上，采用峰值控制模式，动态响应性好。
　　由于采用PI调节器、以及系统误差的存在，稳流环路存在着静态误差。静态误差的产生无法用动态环路解决。ZXD-10/230采用单片机微调给定值的办法来消除静态误差。静态补偿方法的电流采样取自输出滤波后，由分流器采样，由单片机A/D转换后，与给定值比较后，调节给定，直到满足输出电流与预置值满足精度要求。由于环路属于静态补偿，因此调整速率不能太高，毫秒级就能满足要求。另外，补偿的精度受单片机数据位数和A/D和D/A转换精度的影响，根据计算，单片机采用10位的数据处理就可以实现0.2％的精度要求。实际表明，增加单片机系统的数据位数，还可以提高稳流精度，实现大于0.1％的精度要求。

5　结语

　　动态环路与静态补偿环路共用的控制方法，在稳流精度的控制中是行之有效的。该方法还可以推广到要求高稳压、高稳流的电路中。