一种升压型功率因数校正变换器及其校正变换方法技术

本发明专利技术公开了一种升压型功率因数校正变换器及其校正变换方法。该功率因数校正变换器包括单相升压有源Boost型开关变换器功率级的主拓扑结构、第一AD采样转换器、第二AD采样转换器、数字控制器和数字脉宽调制器，其中：所述第一AD采样转换器用于采集主拓扑结构的电感电流，转换成数字信号；所述第二AD采样转换器用于采集主拓扑结构的输出电压，转换成数字信号；所述数字控制器根据参考电压、输出电压和电感电流确定占空比信号；所述数字脉宽调制器根据占空比信号确定相应的驱动信号，驱动功率级主拓扑结构改变功率管的开关状态，以调节输出电压值。本发明专利技术简化了控制电路结构和控制算法，提高了功率因素和输出电压的稳定性。

A boost PFC converter and its calibration transformation method

The invention discloses a step-up power factor correction converter and a correction transformation method thereof. The PFC converter consists of a single-phase boost active Boost switching converter power level main topology, a first AD sampling converter, a second AD sampling converter, a digital controller and a digital pulse width modulator, wherein the first AD sampling converter is used to collect inductance current of the main topology and convert it into a digital one. The digital controller determines the duty cycle signal according to the reference voltage, the output voltage and the inductance current; the digital pulse width modulator determines the corresponding driving signal according to the duty cycle signal and drives the power level master topology. The flapping structure changes the switching state of the power tube to regulate the output voltage value. The invention simplifies the control circuit structure and control algorithm, and improves the stability of power factor and output voltage.

【技术实现步骤摘要】
一种升压型功率因数校正变换器及其校正变换方法
本专利技术涉及功率因数校正技术，尤其涉及一种升压型功率因数校正变换器及其校正变换方法。
技术介绍
计算机开关电源是电容输入型电路，其电流和电压之间的相位差会造成交换功率的损失，因此需要功率因数(PFC)校正。传统方法通过模拟的PFC电路，提高电源的功率校正因数。随着高速、链家数字信号处理器(DSP)的出现，数字PFC控制技术已成为发展的趋势。现有的数字PFC控制采用双环路控制，首先采集输入电压、输出电压、电感电流的数字信号，将采样后的输出电压与参考电压送入电压外环进行PI调节，外环输出结合输入电压生成电流内环路的参考电流值，然后将电感电流与参考电流值送入电流内环进行PI调节，结合三角波信号产生开关信号的占空比，驱动功率管开关改变状态。上述数字控制器需要三个A/D采样转换器和两个PI控制器，搭建成本过高，并且在每个开关周期内需要采样和转换三个信号，执行两个数字控制环路，控制算法较为复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种升压型功率因数校正变换器及其校正变换方法，降低了搭建成本和控制算法的复杂度。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种升压型功率因数校正变换器，包括单相升压有源Boost型开关变换器功率级的主拓扑结构、第一AD采样转换器、第二AD采样转换器、数字控制器和数字脉宽调制器，其中：所述第一AD采样转换器用于采集主拓扑结构的电感电流，转换成数字信号；所述第二AD采样转换器用于采集主拓扑结构的输出电压，转换成数字信号；所述数字控制器根据参考电压、输出电压和电感电流确定占空比信号；所述数字脉宽调制器根据占空比信号确定相应的驱动信号，驱动功率级主拓扑结构改变功率管的开关状态，以调节输出电压值。一种升压型功率因数校正变换方法，包括如下步骤：步骤1、第一AD采样转换器采集主拓扑结构的电感电流，第二AD采样转换器采集主拓扑结构的输出电压；步骤2、加法器将采集的输出电压与参考电压进行比较，得到两者误差值；步骤3、控制算法单元对误差值进行PI控制，确定预期的输出电压；步骤4、控制算法单元根据预期的输出电压和电感电流，确定占空比信号；步骤5、DPWM单元根据占空比信号，输出相应的驱动信号传输至功率管，以调节输出电压值；步骤6、循环步骤1-5，直至输出电压达到期望值。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：1)本专利技术简化了控制电路结构，降低了电路成本，仅需两个A/D采样变换器配合一条电压控制环路即可实现功率因数校正；2)本专利技术简化了控制算法，减轻了数字控制器的计算负担，缩短了开发周期，降低了对于数字控制器性能的要求；3)本专利技术控制电路设置输入电感，降低了对输入滤波器设计的要求，在降低高频噪声的同时，能够防止电网带来的高频瞬态冲击；4)本专利技术采用单相升压有源Boost型开关变换器功率级主拓扑结构，开关管的源极电位为零，能够避免出现悬浮电压的情况，降低了开关器件的应力。附图说明图1为现有技术中典型的升压型功率因数校正变换器的电路框图。图2为PFC电路的控制框图。图3为本专利技术升压型功率因数校正变换器的电路框图。具体实施方式下面结合具体实施方式，进一步说明本专利技术方案。本专利技术提出一种简化控制算法及优化数字控制器的升压型功率因数校正变换器，通过间接数字计算方案取代传统的双数字控制回路，设计基于数字延迟锁定环控制器来调整延迟线结构的总控制时延。如图3所示的升压型功率因数校正变换器，包括单相升压有源Boost型开关变换器功率级的主拓扑结构、第一AD采样转换器、第二AD采样转换器、数字控制器和数字脉宽调制器，其中：所述第一AD采样转换器用于采集主拓扑结构的电感电流，转换成数字信号；所述第二AD采样转换器用于采集主拓扑结构的输出电压，转换成数字信号；所述数字控制器根据参考电压、输出电压和电感电流确定占空比信号；所述数字脉宽调制器根据占空比信号确定相应的驱动信号，驱动功率级主拓扑结构改变功率管的开关状态，以调节输出电压值。具体的，所述主拓扑结构包括EMI低通滤波器、整流电路、电感L、电容C、二级管D、功率开关管Q、负载电阻R、第三采样电阻R3和第四采样电阻R4，其中，所述功率管Q的漏极接二级管D的正向导通端和电感L的一端，所述二级管D的反向截止端接电容C、负载电阻R和第四采样电阻R4的一端，所述第四采样电阻的另一端接第三采样电阻R3的一端和第二AD采样转换器，所述第三采样电阻R3、电容C和负载电阻R的另一端及功率管Q的源极接地；所述电感L的另一端接整流电路的输出端和第一AD采样转换器；所述整流电路通过EMI低通滤波器接交流源；所述功率管Q的栅极接数字脉宽调制器。所述数字控制器包括一个加法器单元、一个控制算法单元，其中加法器单元的两个输入端分别接参考电压源和第二AD采样转换器，输出端接控制算法单元的一个输入端；所述控制算法单元的另一输入端接第二AD采样转换器，输出端接数字脉宽调制器。基于上述升压型功率因数校正变换器的功率因数校正变换方法，包括如下步骤：步骤1、第一AD采样转换器采集主拓扑结构的电感电流，第二AD采样转换器采集主拓扑结构的输出电压；步骤2、加法器将采集的输出电压与参考电压进行比较，得到两者误差值；步骤3、控制算法单元对误差值进行PI控制，确定预期的输出电压，公式为：vm[k]＝vm[k-1]+kpev[k]+kiev[k-1]式中，vm[k]表示第k个开关周期最终的输出电压，ev[k]和ev[k-1]分别表示第k和K-1个开关周期中，参考电压和输出电压之间的误差值，kp、ki表示控制参数。步骤4、控制算法单元根据预期的输出电压和电感电流，确定占空比信号，公式为：式中，d[k]表示第K个开关周期的数字占空比，vm[k]表示第k个开关周期PI控制确定的预期输出电压，Rd表示PFC变换器的等效电流检测电阻Rd，il[k]表示第k个开关周期的电感电流。步骤5、DPWM单元根据占空比信号，输出相应的驱动信号传输至功率管，以调节输出电压值；步骤6、循环步骤1-5，直至输出电压达到期望值。利用本专利技术方案进行实验仿真，在输入电压为220V，输出电压为400V，输出功率为300W的条件下，功率因数能够稳定在0.992，这证明本专利技术可以很好地提高功率因数，并且适合于实际生活的市电电网系统。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种升压型功率因数校正变换器，其特征在于，包括单相升压有源Boost型开关变换器功率级的主拓扑结构、第一AD采样转换器、第二AD采样转换器、数字控制器和数字脉宽调制器，其中：所述第一AD采样转换器用于采集主拓扑结构的电感电流，转换成数字信号；所述第二AD采样转换器用于采集主拓扑结构的输出电压，转换成数字信号；所述数字控制器根据参考电压、输出电压和电感电流确定占空比信号；所述数字脉宽调制器根据占空比信号确定相应的驱动信号，驱动功率级主拓扑结构改变功率管的开关状态，以调节输出电压值。

【技术特征摘要】
1.一种升压型功率因数校正变换器，其特征在于，包括单相升压有源Boost型开关变换器功率级的主拓扑结构、第一AD采样转换器、第二AD采样转换器、数字控制器和数字脉宽调制器，其中：所述第一AD采样转换器用于采集主拓扑结构的电感电流，转换成数字信号；所述第二AD采样转换器用于采集主拓扑结构的输出电压，转换成数字信号；所述数字控制器根据参考电压、输出电压和电感电流确定占空比信号；所述数字脉宽调制器根据占空比信号确定相应的驱动信号，驱动功率级主拓扑结构改变功率管的开关状态，以调节输出电压值。2.根据权利要求1所述的升压型功率因数校正变换器，其特征在于，所述主拓扑结构包括EMI低通滤波器、整流电路、电感L、电容C、二级管D、功率开关管Q、负载电阻R、第三采样电阻R3和第四采样电阻R4，其中，所述功率管Q的漏极接二级管D的正向导通端和电感L的一端，所述二级管D的反向截止端接电容C、负载电阻R和第四采样电阻R4的一端，所述第四采样电阻的另一端接第三采样电阻R3的一端和第二AD采样转换器，所述第三采样电阻R3、电容C和负载电阻R的另一端及功率管Q的源极接地；所述电感L的另一端接整流电路的输出端和第一AD采样转换器；所述整流电路通过EMI低通滤波器接交流源；所述功率管Q的栅极接数字脉宽调制器。3.根据权利要求1所述的升压型功率因数校正变换器，其特征在于，所述数字控制器包括一个加法器单元、一个控制算法单元，其中加法器单元的两个...

【专利技术属性】
技术研发人员：许文宁，曹维坤，傅超，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32