功率因數校正變換器均值電流控制方法及其裝置制造方法及圖紙

一種功率因數校正變換器均值電流控制方法及其裝置，在每個開關周期開始時刻，將變換器的輸出電壓與電壓基準值經過補償器產生信號Ve，將整流橋的輸出電壓經過放大器得到信號Vc,將Ve和Vc經過乘法器得到信號Ic；將整流橋的輸出電壓和輸出電流、變換器的輸出電壓和Ic送入占空比生成器，通過占空比算法計算得到信號dx和dy，再經過脈寬調制器產生控制時序VP1和VP2；將整流橋的輸出電壓和輸出電流、變換器的輸出電壓和Ic送入判斷器和選擇器，選擇VP1或VP2；控制變換器開關管的導通與關斷。本發明專利技術適用于多種功率因數校正變換器拓撲，在寬輸入電壓和寬負載范圍內，變換器保持良好的功率因數校正功能和較高的工作效率，并且擁有快速的負載瞬態響應速度。

Power factor correction converter average current control method and device thereof

Converter with average current control method and device of power factor correction in each switching cycle, the start time, the output voltage and the voltage reference value of converter after compensator generates a Ve signal, the output voltage of the rectifier bridge through the amplifier signal Vc, Ve and Vc after Ic will get the signal multiplier; output voltage and Ic bridge rectifier output voltage and output current, converter into duty cycle generator, through the duty ratio algorithm to calculate DX and Dy signal, through the pulse width modulator produced the timing control of the VP1 and VP2; the rectifier output voltage and Ic output voltage and output current, converter to judge and selector VP1, or VP2; control converter switch turn-on and turn off. The invention is applicable to a variety of power factor correction converter topology, a wide input voltage and wide load range, the converter maintains good power factor correction function and high work efficiency, and has fast load transient response speed.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及功率因數校正(Power Factor Correction,PFC)變換器的控制方法及實現裝置，屬于電力電子設備領域，具體為一種PFC變換器均值電流控制方法及其裝置。
技術介紹
隨著電力電子技術的發展，電力電子裝置的運用越來越廣泛。電力電子裝置包含有各類非線性器件和儲能器件，將其直接接入公共電網使用時，會使電網電流產生畸變，即在電網中注入了大量諧波，嚴重地影響了電網供電質量和其他用電設備的正常工作運行，甚至會造成用電設備的損壞。為了保證公共電網的正常供電，需要使用PFC技術，即使用濾波器。濾波器可以分為無源濾波器和有源濾波器，無源濾波器具有結構簡單、成本低、可靠性高和EMI小等優點，但它的尺寸和重量大，工作性能受工作頻率變化、負載變化和輸入電壓變化的影響。有源濾波器的功率因數校正性能好，其功率因數可以到達90％以上，使輸入電流接近正弦。有源濾波器可以在較寬的輸入電壓范圍和寬頻帶下工作，并且其體積和重量小，能穩定輸出電壓值。因此，有源PFC技術在工業中得到了廣泛的應用。傳統的有源PFC變換器的控制方法分為變頻控制和定頻控制，變頻控制主要為電流滯環控制；定頻控制主要有峰值電流控制和平均電流控制。電流滯環控制PFC變換器的功率因數高，響應速度快，但是工作頻率不固定，輸出濾波器難于設計；峰值電流控制PFC變換器的功率因數較低，無法滿足總諧波畸變(Total Harmonic Distortion，THD)的要求，并且該控制方法對噪聲相當敏感；平均電流控制PFC變換器具有較高的功率因數和很小的THD，對噪聲不敏感，并且可以適用于電感電流連續導電模式(continuous conduction mode,CCM)和斷續導電模式(discontinuous conduction mode,DCM)。然而，平均電流控制使用了兩個PI補償器，因此平均電流控制的瞬態響應速度較慢。其中，外環PI補償器用于調節輸出電壓，使之穩定；內環PI補償器用于使電感電流跟隨參考值；用其他方法替代內環PI補償器，能有效地提高瞬態響應速度。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種PFC變換器均值電流控制方法及其裝置，使之同時具有較高的功率因數(Power Factor,PF)值、較快的瞬態響應速度和較高的效率，適用于各類基本的PFC變換器拓撲。本專利技術實現其專利技術目的所采用的技術方案如下：一種功率因數校正變換器均值電流控制方法，在每個開關周期開始時刻，檢測整流橋的輸出電壓和輸出電流以及所述功率因數校正變換器的輸出電壓，分別得到信號Vs、In和Vn；將Vs送入放大器得到信號Vc，將Vn和電壓基準值Vref送入補償器得到信號Ve，將Vc和Ve送入乘法器得到信號Ic；將In、Vs、Ic和Vn送入第一占空比生成器得到信號dx1和dx2，將dx1和dx2送入第一脈寬調制器得到信號VP1；將In、Vs、Ic和Vn送入第二占空比生成器得到信號dy1和dy2，將dy1和dy2送入第二脈寬調制器得到信號VP2；將In、Vs、Ic和Vn送入判斷器得到信號Vj；將VP1、VP2和Vj送入選擇器得到信號VP，用以控制所述功率因數校正變換器開關管的導通與關斷。進一步地，所述將In、Vs、Ic和Vn送入第一占空比生成器得到信號dx1和dx2的方法是，根據當前開關周期結束時的電感電流值等于Ic以及dx1等于dx2，第一占空比生成器計算dx1和dx2，dx1＝dx2＝0.5[K1+K2(Ic-In)]；所述將In、Vs、Ic和Vn送入第二占空比生成器得到信號dy1和dy2的方法是，根據當前開關周期結束時的電感電流值等于Ic以及當前開關周期內電感電流的平均值等于Ic，第二占空比生成器計算dy1和dy2，dy1＝K3In+(K4In2+K5Ic2+K6Ic)1/2,dy2＝K7Ic；其中K1、K2、K3、K4、K5、K6和K7是與信號Vn、Vs以及所述功率因數校正變換器的電感電流紋波相關的系數。一種功率因數校正變換器均值電流控制裝置，包括電流檢測電路IS、第一電壓檢測電路VS1、第二電壓檢測電路VS2、補償器EC、放大器GA、乘法器MUL、第一占空比生成器DG1、第二占空比生成器DG2、第一脈寬調制器DP1、第二脈寬調制器DP2、判斷器JU和選擇器CH；第一電壓檢測電路VS1、放大器GA、乘法器MUL依次相連；第二電壓檢測電路VS2、補償器EC、乘法器MUL依次相連；電流檢測電路IS與第一占空比生成器DG1、判斷器JU、第二占空比生成器DG2分別相連；第一電壓檢測電路VS1與第一占空比生成器DG1、判斷器JU、第二占空比生成器DG2分別相連；第二電壓檢測電路VS2與第一占空比生成器DG1、判斷器JU、第二占空比生成器DG2分別相連；乘法器MUL與第一占空比生成器DG1、判斷器JU、第二占空比生成器DG2分別相連；第一占空比生成器DG1、第一脈寬調制器DP1、選擇器CH依次相連；判斷器JU與選擇器CH相連；第二占空比生成器DG2、第二脈寬調制器DP2、選擇器CH依次相連。與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：一、與傳統平均電流控制的PFC變換器相比，本專利技術的PFC變換器在每個開關周期開始時，計算該周期的電感電流平均值，并通過控制開關管導通與關斷的方式實現對平均值的跟蹤，提高了PFC變換器的PF值。二、與傳統平均電流控制的PFC變換器相比，本專利技術的PFC變換器在負載發生變化時，根據占空比算法有效地調整了每個開關周期內開關管導通與關斷的時間，使電感電流值快速跟隨平均值，提高了PFC變換器的負載瞬態性能。三、與傳統平均電流控制的PFC變換器相比，本專利技術的PFC變換器在輸入電壓過零時，減小了電感電流的畸變，從而減少了損耗，提高了PFC變換器的效率。附圖說明圖1為本專利技術實施例一方法的信號流程框圖。圖2為本專利技術實施例一的電路結構框圖。圖3a為本專利技術實施例一的第一脈寬調制器DP1算法示意圖。圖3b為本專利技術實施例一的第二脈寬調制器DP2算法示意圖。圖4為本專利技術實施例一PFC變換器穩態工作時的輸入電壓Vin和輸入電流Iin的時域仿真波形圖。圖5為分別采用本專利技術和傳統平均電流控制的PFC變換器隨負載電阻變化時的PF值曲線圖。圖6為分別采用本專利技術和傳統平均電流控制的PFC變換器隨輸入電壓幅值變化時的PF值曲線圖。圖7a為本專利技術實施例一PFC變換器在負載電阻由100Ω跳變到400Ω時輸出電壓瞬態時域仿真波形圖。圖7b為采用傳統平均電流控制的PFC變換器在負載電阻由100Ω跳變到400Ω時輸出電壓瞬態時域仿真波形圖。圖8a為本專利技術實施例一PFC變換器在負載電阻由500Ω跳變到400Ω時輸出電壓瞬態時域仿真波形圖。圖8b為采用傳統平均電流控制的PFC變換器在負載電阻由500Ω跳變到400Ω時輸出電壓瞬態時域仿真波形圖。圖9為分別采用本專利技術和傳統平均電流控制的PFC變換器隨負載變化時的效率曲線圖。圖10為本專利技術實施例二的電路結構圖。具體實施方式下面通過具體的實例并結合附圖對本專利技術做進一步詳細的描述。實施例一圖1示出，本專利技術的一種具體實施方式為：PFC變換器均值電流控制方法及其裝置，包括電流檢測電路IS、第一電壓檢測電路VS1、第二電壓檢測電路VS2、補償器EC、放大器GA、乘法器MUL、第本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種功率因數校正變換器均值電流控制方法，其特征在于：在每個開關周期開始時刻，檢測整流橋的輸出電壓和輸出電流以及所述功率因數校正變換器的輸出電壓，分別得到信號Vs、In和Vn；將Vs送入放大器得到信號Vc，將Vn和電壓基準值Vref送入補償器得到信號Ve，將Vc和Ve送入乘法器得到信號Ic；將In、Vs、Ic和Vn送入第一占空比生成器得到信號dx1和dx2，將dx1和dx2送入第一脈寬調制器得到信號VP1；將In、Vs、Ic和Vn送入第二占空比生成器得到信號dy1和dy2，將dy1和dy2送入第二脈寬調制器得到信號VP2；將In、Vs、Ic和Vn送入判斷器得到信號Vj；將VP1、VP2和Vj送入選擇器得到信號VP，用以控制所述功率因數校正變換器開關管的導通與關斷。

【技術特征摘要】
1.一種功率因數校正變換器均值電流控制方法，其特征在于：在每個開關周期開始時刻，檢測整流橋的輸出電壓和輸出電流以及所述功率因數校正變換器的輸出電壓，分別得到信號Vs、In和Vn；將Vs送入放大器得到信號Vc，將Vn和電壓基準值Vref送入補償器得到信號Ve，將Vc和Ve送入乘法器得到信號Ic；將In、Vs、Ic和Vn送入第一占空比生成器得到信號dx1和dx2，將dx1和dx2送入第一脈寬調制器得到信號VP1；將In、Vs、Ic和Vn送入第二占空比生成器得到信號dy1和dy2，將dy1和dy2送入第二脈寬調制器得到信號VP2；將In、Vs、Ic和Vn送入判斷器得到信號Vj；將VP1、VP2和Vj送入選擇器得到信號VP，用以控制所述功率因數校正變換器開關管的導通與關斷。2.根據權利要求1所述之功率因數校正變換器均值電流控制方法，其特征在于：所述將In、Vs、Ic和Vn送入第一占空比生成器得到信號dx1和dx2的方法是，根據當前開關周期結束時的電感電流值等于Ic以及dx1等于dx2，第一占空比生成器計算dx1和dx2，dx1＝dx2＝0.5[K1+K2(Ic-In)]；所述將In、Vs、Ic和Vn送入第二占空比生成器得到信號dy1和dy2的方法是，根據當前開關周期結束時的電感電流值等于Ic以及當前開關周期內電感電流的平均值等于Ic...

【專利技術屬性】
技術研發人員：周國華，劉嘯天，冷敏瑞，徐順剛，
申請(專利權)人：西南交通大學，
類型：發明
國別省市：四川;51