一种含非线性电感的双向开关型无桥PFC电路制造技术

本实用新型专利技术涉及一种含非线性电感的双向开关型无桥PFC电路。交流电流源AC的正极经电感L1与开关管S1的漏极、二极管D1的阳极、二极管D2的阴极，交流电流源AC的负极接GND，并与开关管S2的漏极、电容C1、C2的一端、电阻R1、R2的一端连接，开关管S1的源极与开关管S2的源极连接，开关管S3的源极与二极管D1的阴极、电容C1的另一端连接，开关管S3的漏极与电阻R1的另一端、电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端经电阻R4连接至GND，开关管S4的源极与电阻R2的另一端连接，开关管S4的漏极与二极管D2的阴极、电容C2的另一端连接，控制芯片的控制端与开关管S1、S2、S3、S4的栅极连接。本实用新型专利技术电路结构简单，易于实现。

A bidirectional switch type bridging free PFC circuit with nonlinear inductance

The utility model relates to a bidirectional switch type bridged PFC circuit with nonlinear inductance. The positive pole of AC current source AC is connected with the drain pole of switch S1, the anode of diode D1, the cathode of diode D2, the negative pole of AC current source AC is connected with GND, and the drain pole of switch S2, one end of capacitor C1, C2, one end of resistor R1, R2, the source of switch S1 is connected with the source of switch S2, and the source of switch S3. The electrode is connected with the cathode of the diode D1 and the other end of the capacitor C1, the drain of the switch tube S3 is connected with the other end of the resistance R1 and the resistance R3, the other end of the resistance R3 is connected to GND by the resistance R4, the source of the switch tube S4 is connected with the other end of the resistance R2, and the drain of the switch tube S4 is connected with the cathode of the diode D2 and the other end of the capacitor C2. The control end of the control chip is connected with the grid of the switch tube S1, S2, S3 and S4. The utility model has simple circuit structure and is easy to realize.

【技术实现步骤摘要】
一种含非线性电感的双向开关型无桥PFC电路
本技术涉及一种含非线性电感的双向开关型无桥PFC电路。
技术介绍
随着无桥PFC技术的发展，除了对其电路拓扑的广泛研究之外，对其控制策略的研究也是一大热点。而对于无桥PFC控制算法的研究，目前的文献主要集中在电流内环的设计上，常用的算法之一有单周期控制。单周期控制即OCC(OneCycleControl)，属于一种非线性开关控制技术，具有控制方法简单、动态响应快、控制精度高、鲁棒性强的特点，它是通过控制开关的占空比，使每个开关周期中开关变量的平均值严格等于或者正比于控制参考量。平均输入电流跟踪参考电流且不受负载电流的约束，即使负载电流具有很大的谐波也不会使输入电流发生畸变。它最大的特点是使平均值在一个周期内严格跟踪参考给定，每个周期的开关误差不会带入下一个周期。在已有的外文文献PredictiveCurrentControlled5-kWSingle-PhaseBidirectionalInverterWithWideInductanceVariationforDC-MicrogridApplications中，就有提到在一个周期中，一个5kW单相双向逆变器，电感电流的变化是0-32A，由磁化曲线可知，这将导致滤波电感具有宽电感量的变化，从最大值到最小值将大概有7倍的变化，从而影响变换器的大电流纹波和稳定性。而含非线性电感直接用单周期控制，由于单周期控制的控制参数是调好就固定的，一旦带非线性电感，会导致输出波形质量变差，功率因数降低。因此，有必要研究和设计一个相应的含非线性电感的双向开关型无桥PFC电路能把这种变化考虑在内，以确保变换器能正常的工作。而采用模糊控制算法与单周期控制算法相结合，可以解决该问题。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种含非线性电感的双向开关型无桥PFC电路，该电路结构简单，易于实现。为实现上述目的，本技术的技术方案是：一种含非线性电感的双向开关型无桥PFC电路，包括交流电流源AC，开关管S1、S2、S3、S4，二极管D1、D2，电容C1、C2，电阻R1、R2、R3、R4，电感L1，控制芯片；交流电流源AC的正极经电感L1与开关管S1的漏极、二极管D1的阳极、二极管D2的阴极，交流电流源AC的负极接GND，并与开关管S2的漏极、电容C1的一端、电容C2的一端、电阻R1的一端、电阻R2的一端连接，开关管S1的源极与开关管S2的源极连接，开关管S3的源极与二极管D1的阴极、电容C1的另一端连接，开关管S3的漏极与电阻R1的另一端、电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端经电阻R4连接至GND，开关管S4的源极与电阻R2的另一端连接，开关管S4的漏极与二极管D2的阴极、电容C2的另一端连接，所述控制芯片的第一AD采集端与交流电流源AC的正极连接，控制芯片的第二AD采集端与电阻R3和R4的连接点连接，控制芯片的第一控制端与开关管S1的栅极、开关管S2的栅极连接，控制芯片的第二控制端与开关管S3的栅极、开关管S4的栅极连接。在本技术一实施例中，所述控制芯片采用TM28027。在本技术一实施例中，所述控制芯片还连接有由电容C3、电容C4、电阻R5组成的滤波电路。相较于现有技术，本技术具有以下有益效果：本技术电路结构简单，易于实现，通过现有模糊控制算法与单周期控制算法相结合，能够解决现有含非线性电感直接用单周期控制，会导致输出波形质量变差，功率因数降低的问题。附图说明图1是本技术电路原理图。图2为实施例中i的隶属度函数。图3为负载满载切半载的输入电压电流仿真波形。图4为负载满载切半载的输出电压电流仿真波形。具体实施方式下面结合附图，对本技术的技术方案进行具体说明。本技术的一种含非线性电感的双向开关型无桥PFC电路，包括交流电流源AC，开关管S1、S2、S3、S4，二极管D1、D2，电容C1、C2，电阻R1、R2、R3、R4，电感L1，控制芯片；交流电流源AC的正极经电感L1与开关管S1的漏极、二极管D1的阳极、二极管D2的阴极，交流电流源AC的负极接GND，并与开关管S2的漏极、电容C1的一端、电容C2的一端、电阻R1的一端、电阻R2的一端连接，开关管S1的源极与开关管S2的源极连接，开关管S3的源极与二极管D1的阴极、电容C1的另一端连接，开关管S3的漏极与电阻R1的另一端、电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端经电阻R4连接至GND，开关管S4的源极与电阻R2的另一端连接，开关管S4的漏极与二极管D2的阴极、电容C2的另一端连接，所述控制芯片的第一AD采集端与交流电流源AC的正极连接，控制芯片的第二AD采集端与电阻R3和R4的连接点连接，控制芯片的第一控制端与开关管S1的栅极、开关管S2的栅极连接，控制芯片的第二控制端与开关管S3的栅极、开关管S4的栅极连接。所述控制芯片采用TM28027。所述控制芯片还连接有由电容C3、电容C4、电阻R5组成的滤波电路。以下为本技术的具体应用实例。如图1所示的含非线性电感的双向开关型无桥PFC电路，包括交流电流源AC，开关管S1、S2、S3、S4，二极管D1、D2，电容C1、C2，电阻R1、R2、R3、R4，电感L1，控制芯片；其控制方式如下：1)假设在第n个开关周期电感电流连续时，其与输入输出电压关系在开关导通和关断的表达式如下：其中，Vin(n)为第n个开关周期的输入电压，Vo为输出参考电压。在第n个开关周期内电感电流可以表示为iL(n+1)＝iL(n)+Δi(3)其中，Δi为第n+1个开关周期相对于第n个开关周期的电感电流变化量。2)由(1)-(3)表达式，得到连续模式下单周期控制占空比的表达式：其中，Ts为开关周期，Vo为输出参考电压。3)为了弥补避免非线性滤波电感的宽电感量变化导致输出波形质量不佳的缺点，采用模糊单周期控制方法对含非线性电感PFC电路进行控制，包括以下步骤：对于非线性电感而言，电感的感量与流过电感的电流之间的关系是非线性时变的，那么可以用非线性因子f(iL)表示L＝f(t)iL(5)显然，上式描述的是一个非线性对象，那么可以利用T-S模糊模型的万有逼近能力对其进行模糊化处理。由于iL的变化即体现了电感量的变化，而且iL是可测也必须测量的，因为计算变换器输出功率大小，过载保护和短路保护等都需要iL，因此可以把电感电流iL作为前件变量。对于一个具体的逆变器而言其输出电流允许的最大值、最小值已知，即iL的论域可以事先确定，假设iL∈[ILminILmax]，并取隶属度函数如下所示：4)双向开关型无桥PFC电路的模糊单周期控制可以用T-S模糊模型表示如下：Rule1：ifiL＝ILmin,thenRule2：ifiL＝ILmax,then其中，K1为电感电流最大值时对应模糊单周期控制参数，K2为电感电流最小值时模糊单周期控制器参数。5)在电感感值最小的时候，调出一组电流内环模糊单周期控制的控制参数K1；在电感感值最大的时候，调出第二组电流内环模糊单周期控制的控制参数K2；从而利用电感电流的大小判断此时电感感值的取值，进而通过T-S模糊控制，自动调整电感感值处于这两个值之间对应的模糊控制参数的表达式如下：K_random＝M1×K1+M2×K2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含非线性电感的双向开关型无桥PFC电路，其特征在于：包括交流电流源AC，开关管S1、S2、S3、S4，二极管D1、D2，电容C1、C2，电阻R1、R2、R3、R4，电感L1，控制芯片；交流电流源AC的正极经电感L1与开关管S1的漏极、二极管D1的阳极、二极管D2的阴极，交流电流源AC的负极接GND，并与开关管S2的漏极、电容C1的一端、电容C2的一端、电阻R1的一端、电阻R2的一端连接，开关管S1的源极与开关管S2的源极连接，开关管S3的源极与二极管D1的阴极、电容C1的另一端连接，开关管S3的漏极与电阻R1的另一端、电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端经电阻R4连接至GND，开关管S4的源极与电阻R2的另一端连接，开关管S4的漏极与二极管D2的阴极、电容C2的另一端连接，所述控制芯片的第一AD采集端与交流电流源AC的正极连接，控制芯片的第二AD采集端与电阻R3和R4的连接点连接，控制芯片的第一控制端与开关管S1的栅极、开关管S2的栅极连接，控制芯片的第二控制端与开关管S3的栅极、开关管S4的栅极连接。

【技术特征摘要】
1.一种含非线性电感的双向开关型无桥PFC电路，其特征在于：包括交流电流源AC，开关管S1、S2、S3、S4，二极管D1、D2，电容C1、C2，电阻R1、R2、R3、R4，电感L1，控制芯片；交流电流源AC的正极经电感L1与开关管S1的漏极、二极管D1的阳极、二极管D2的阴极，交流电流源AC的负极接GND，并与开关管S2的漏极、电容C1的一端、电容C2的一端、电阻R1的一端、电阻R2的一端连接，开关管S1的源极与开关管S2的源极连接，开关管S3的源极与二极管D1的阴极、电容C1的另一端连接，开关管S3的漏极与电阻R1的另一端、电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端经电阻R4连接至GND...

【专利技术属性】
技术研发人员：林琼斌，洪乙铭，蔡逢煌，苏先进，王武，柴琴琴，
申请(专利权)人：福州大学，厦门科华恒盛股份有限公司，
类型：新型
国别省市：福建,35