炼油与化工 ２０１４年第１期 ＲＥＦＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＩＮＤＵＳＴＲＹ ４３ 交错并联Ｂｕｃｋ变换器在电源抗扰动技术中的应用 刘庆鹏 （大庆石化公司化工三厂，黑龙江大庆１６３７１４） 摘要：交错并联变换器的主要特点是所用的变换器共用一个输出滤波器。在效率超过９０％的前提 下，输入、输出电容上的电流纹波小，负载变化时的动态响应更快，处理功率的能力更强。可以通过 错相驱动每个并联变换器的控制信号来实现，使得有效开关频率得到提高，交错并联Ｂｕｃｋ变换器 具有抵抗输入电压和负载扰动的能力，实现输出电压稳态无静差的要求。 关键词：交错并联Ｂｕｃ变换器；抗扰动；开关电源；仿真 中图分类号：ＴＭ４６ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７１—４９６２（２０１４）０１—００４３—０２ 交错并联Ｂｕｃｋ变换器是由２个单独的Ｂｕｃｋ变 为求模块并联后总的电流变化量，首先将 。 换器并联而成，并共用输出电容和负载ｎ 。输出电 和ＪＬ叠加，可知叠加后电流为： 容Ｃ 的充电电流由相同的２个并联变换器的输出 电感 。和 ：提供，每个电感的充电电流来自于每 ＝ ２Ｄ） 个的变换器。见图１。 为使其有意义，必须有： １—２Ｄ≥０，即Ｄ≤０．５ ） Ｑ１儿ｌ］ 土Ｉ Ｌｌ Ｉ Ｄ ＝ｃ１ Ｉ ２个ＣＣＭ工作模式的交错并联Ｂｕｃｋ变换器并 联后总输出电流脉动较单个模块减小很多，总输 一一ｌｌＩＱ２］ 平ＤＥ上 Ｌ： 出电流脉动频率是单个Ｂｕｃｋ变换器模块的２倍。 基于以上分析，对于任意Ｎ个Ｂｕｃｋ变换器交错并 图１交错并联Ｂｕｃｋ变换器 联系统运行在ＣＣＭ模式具有２个特点日。 。 （１）参数并联交错的模块数目越多，并联后总 如果２个开关由相同的ＰＷＭ信号驱动，那么 的电流纹波较单一模块的纹波减小的越多，也即 。和 相当于并联，因此得到１个等效输出电感 交错带来的效果越明显； 更小的Ｂｕｃｋ变换器，只是每个开关中的流过的电 （２）无论Ｎ为何值，当占空比Ｄ很小（接近于 流只有一半；而如果驱动开关采用错相的ＰＷＭ信 零）或者很大（接近于１）的时候，交错带来的降低 号，ＰＷＭ１和ＰＷＭ２，它们相位相差２＂ｒｒｌｎ，（ｎ是并 纹波幅值的效果都不明显，而占空比居中（接近于 联的单元数量），可以减小输出电容的纹波电流 。 ０．５）的时候，降低纹波幅值的效果比较明显ｂ・ 。 １交错并联Ｂｕｃｋ变换器 ２交错并联Ｂｕｃｋ变换器数学模型 电感电流连续，由Ｂｕｃｋ变换器电路工作过程 在驱动两相交错并联Ｂｕｃｋ变换器开关的驱动 可知，当开关Ｑ导通的时候，滤波电感电流上升，当 脉冲ＰＷＭ信号电路见图２。 开关Ｑ关断的时候，滤波电感电流下降。 图２中ＰＷＭ１信号驱动第１个Ｂｕｃｋ变换器， ＡＩ ＵｉＵ￣ＤＴ ：．ｐＬＰＷＭ２信号驱动第２个Ｂｕｃｋ变换器。ＰＷＭ１和 ＰＷＭ２共有４个工作模式。在模式１时，ＰＷＭ１和 △Ｉｄｏ ＝ （１＿ ＰＷＭ２均为高电平，模式１持续的时间为ｄ ；在模 在１个周期内 式２时，ＰＷＭ１为高电平，ＰＷＭ２为低电平，模式２ ＡＩ ＝ＡＩｄ。 的持续时间为ｄ 。模式３与模式１类似，即ＰＷＭ１ 则单个Ｂｕｃｋ模块滤波电感电流变化量为： 和ＰＷＭ２均为高电平，持续时间为ｄ。；最后在模式 ，， ４时，ＰＷＭ１为低电平，ＰＷＭ２为高电平，持续时间 ＝ （１一 为ｄ 。 炼油ｌ｝．ｊ化Ｉ ＲＥＦＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＣＨＥＭＩＣＡＩ ＩＮＤＵＳＴＲＹ 第２５卷 ｄｌ 一． ．一 ． － 曲 ＿＿１： ＝｜ 一ｄ ４ 一 ０ Ｉ一 一 ｌ＿一 一＿ｌ ｌ ｌ ｌ ｌ 圣 Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ 是 ｌ 餐 ｌ ０ Ｉ 】 ，｜ 其中Ａ＝ １ Ｌ １ 尺Ｃ Ｂ＝ Ｃ＝［０ ０ １］ Ｄ ：０ 电压调整率： ＝Ｖ Ｄ ３变换器仿真研究 建立ＰＳＰ１ＣＥ两相交错并联Ｂｕｃｋ变换器的仿 真电路。仿真参数为：输入电源电压１０ Ｖ，输出电 为６ Ｖ，滤波电感Ｌ ：１０ ｍＨ和Ｌ ＝１０ ｍＨ，滤波 电容Ｃ＝１０ ｕｆ，负载电阻Ｒ＝１０ Ｑ。输出电压仿 真波形见冈３。 时问／Ｉｌｌｓ ３输 电乐波形 输出电压１ ＩｌｌＳ时输出电乐稳定并实现了输出 电压无静差的要求，输出电压动态响应比较快，过 冲电压为６－３ ｖ，超调量为５％，满足设计要求 。 输 滤波电感 ．和，｜０ ０ 一ｃ 一 总的电流波形见冈４。 一 ０ ０ ｏ ｃ 一４滤波电感厶和 输 电流波肜 从图４可以看 ，交错并联变换器Ｔ作在ＣＣＭ 导通模式下，电感 和 电流之间的相位差为 １８０。，而频率均与开关频率相同。电感电流纹波 均为１８ ｍＡ左右。在稳态情况下，电感，Ｊ。和Ｌ！电 流之和等于输 电容充电电流与负载电流平均电 流之和。 交错并联Ｂｕｃｋ变换器输 电压被采样网络检 测，经过误差放大器放大得到误差信号，误差信号 与ＰＷＭ调制器比较产生ＰＷＭ调制信号，该信号实 时调节占空比，从而保持输 电压６ Ｖ的稳定。 当输入电源发生扰动时，输 电爪的仿真波 形见图５。 图５抵抗输入电源扰动 输入电源电压在２．５ ｍｓ时从１０ Ｖ阶跃到２０Ｖ， 从仿真波形可以看出，交错并联Ｂｕｃｋ变换器具有 抵抗输入电源扰动的能力，在２．５ ＩｌｌＳ输出电压没有 比较大的过冲，平均值稳定在６ Ｖ，实现＿ｒ输出电 压稳态无静差的要求。 当负载发生扰动时，仿真波形见图６。 负载扰动在２．５ ｍｓ从１０ｎ阶跃变化到ｌ５ Ｑ， 从仿真波形可以看出，交错并联Ｂｕｃｋ变换器具有 抵抗输入负载扰动的能力，在２．５ ＩｌｌＳ输出电压存在 过冲，但经过０．３ ｍｓ闭环控制调节后，输 电压稳 炼油与化工 ２０１４年第１期 ＲＥＦＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＩＮＤＵＳＴＲＹ ４５ 西门子￥７－４００ ＰＬＣ控制系统在丁二烯压缩机上的应用 于海城 （大庆石化公司化工一厂，黑龙江大庆１６３７１４） 摘要：大庆石化公司丁二烯抽提二套装置螺杆压缩机原来应用ＰＬＣ控制系统。由于控制和操作部 分结构设置不合理，系统故障率较高。２０１２年该系统升级改造成ｓ７—４００系列ＰＬＣ控制后，新型 ＰＬＣ在螺杆压缩机控制系统已经连续稳定运行了１８个月，实现了机组控制的优化与稳定。 关键词：ＰＬＣ；控制系统；螺杆压缩机；丁二烯 中图分类号：ＴＰ２７３．５ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７１—４９６２（２０１４）０１—００４５—０２ 西门子Ｓ７—４００系列ＰＬＣ控制器功能最强大， 稳，具有较好的经济优势和技术优势。 可以将ＤＣＳ与ＰＬＣ的功能完美的结合在一起，提 １系统存在的问题 供顺序控制、过程控制及运动控制统一的控制平 大庆石化公司丁二烯抽提装置ＢＣ１１０１螺杆 台，具有高速灵活的通讯和功能强大的输入输出 压缩机控制系统是控制丁二烯气体压缩机ＢＣ１１０１ 。系统配置操作员站，生成安全控制的人机友好 启动、运行及联锁保护等功能的控制系 。改造 界面，包括流程图显示画面、报警画面等。能够满 前，ＰＬＣ系统采用ＡＢＢ公司的ＳＬＣ５００产品，１９９８ 足工厂节能的需求和保持螺杆压缩机运行的平 年投入使用，已连续运行１４ ａ，设备老化，各部件的 参考文献： ［１］赵慧，沈锦飞，杨磊．新型Ｂｕｃｋ—Ｂｏｏｓｔ变换器在感应加热电源中 的应用［Ｊ］．电力电子技术，２０１２（３）：ｌ２—１４． ［２］赖联有，曾桂英．Ｂｏｏｓｔ变换ＡＰＦＣ电路设计与仿真［Ｊ］．电源技术， ２０ｌｌ（１１）：１４３３—１４３４． ［３］皇金峰．多电平Ｂｕｃｋ型开关变换器的建模研究［Ｊ］．电力电子技 术，２０１１（９）：７９—８１． ［４］张斐，徐建平，杨平，等．两开关伪连续导电模式Ｂｕｃｋ—Ｂｏｏｓｔ功 率因数校正变换器［Ｊ］．中国电机工程学报，２０１２，３２（９）：５５—６４． 图６抵抗负载扰动波形 ［５］陆治国，林贤真，胡红琼，等．零纹波输入电流Ｂｕｃｋ—Ｂｏｏｓｔ变换 器［Ｊ］．低压电器，２００８（９）：３９—４２． 定在６ Ｖ，实现了输出电压稳态无静差的要求。 ［６］钟永裕，林维明，郭晓君，等．一种提高Ｂｕｃｋ变换器负载动态性 ４结束语 能的控制方法［Ｊ］．电力电子技术，２０１１（１２）：１２３—１２５． ［７］顾亦磊，吕征宇，陈世杰．宽输入电压范围Ｂｕｃｋ型变流器小信号 （１）建立交错并联Ｂｕｃｋ变换器基于状态空间 环路［Ｊ］．电工技术学报，２０１０（１２）：９８—１０２． 平均法的数学模型，为分析建立交错并联Ｂｕｃｋ变 ［８］桑绘绘，杨奕，沈彩琳．基于ＰＩＤ控制的Ｂｕｃｋ变换器仿真系统设 换器的仿真研究奠定坚实的理论基础。 计［Ｊ］．南通大学学报，２０１１（１０）：２４—２８． （２）建立交错并联Ｂｕｃｋ变换器ＰＳＰＩＣＥ仿真 ［９］徐静平，陈亮亮，程洙娜．等．Ｂｕｃｋ／Ｂｏｏｓｔ转换器小信号建模与 稳定性分析［Ｊ］．华中科技大学学报（自然科学版）， 模型，显示出输出电压和输人电压之间的关系，分 ２００９（６）：９７—１００． 析交错并联滤波电感电流。 ［１Ｏ］陈亚爱，张卫平，刘坤，等．电压型Ｂｕｃｋ电路控制器的复频域 （３）对交错并联Ｂｕｃｋ变换器在输入电压和负 设计及仿真研究［Ｊ］．计算机工程与设计， 载发生扰动时，变换器在闭环控制系统的情况下， ２００８，２１（２９）：５６１１—５６１６． 收稿日期：２０１３－０７—２２ 交错并联Ｂｕｃｋ变换器具有抵抗输入电压和负载扰 作者简介：刘庆鹏，男，Ｔ程师，２００４年毕业于辽宁石油化工大学电气 动的能力，并且实现输出电压稳态无静差的要求。 自动化专业，现从事石化企业电气管理工作。
