图腾柱PFC的电压过零点电流畸变控制方法及控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种图腾柱PFC的电压过零点电流畸变控制方法及控制装置。通过采样模块采样输入输出电压信息以及电感电流信息，通过电压外环调节单元和电流内环调节单元对误差信号进行补偿调节最后送入PWM调制器产生门控信号。本发明专利技术通过检测每半个工频周期输入电压过零点状态以插入死区控制和双极控制，死区控制阶段高频桥臂主开关管完成软起动，约束电感电流不产生脉冲尖峰，双极控制阶段，使得输入电压较低状态下也可以建立电流约束条件，更有效校正输入电流使其跟随输入电压。本发明专利技术装置可以稳定运行在CCM控制模式下，由于解决了过零点脉冲问题，不仅提高了整体的功率因数值，也降低了整个系统的总谐波失真量。

【技术实现步骤摘要】
图腾柱PFC的电压过零点电流畸变控制方法及控制装置
本专利技术属于功率因数校正领域，具体涉及一种图腾柱PFC的电压过零点电流畸变控制方法及控制装置。
技术介绍
电子设备在运用中存在电磁干扰EMI和电磁兼容EMC的问题，即电磁污染。针对这一污染，世界各国非常重视，自上个世纪90年代以来都制定了相应的标准。为了解决电力电子装置对电网造成的谐波污染，功率因数校正(PFC,PowerFactorCorrection)技术得到了飞速发展。相对于有桥BoostPFC，无桥BoostPFC效率更高，体积更小，但传统的无桥BoostPFC共模干扰强，EMI较大。图腾BoostPFC作为无桥BoostPFC的一种演变电路，拥有高效率高功率密度，低共模干扰等诸多优势。传统的SiMOSFET由于其不可避免的寄生体二极管反向恢复时间长，反向恢复损耗严重，只能工作在CRM模式下，输入电流纹波和THD较大，限制了图腾PFC的实际应用。由于宽禁带半导体的材料特性，基于GaN的MOSFET无寄生体二极管，可以有效解决上述问题，使图腾PFC工作在CCM模式下。传统的图腾柱PFC虽然可以得到较好的功率因数值，但是在输入电压过零点时输入电流发生畸变是其固有问题。在输入电压过零点时电感电流要么有很大的正向脉冲尖峰，要么有很大的负向脉冲尖峰，要么电流波形畸变严重不能很好的跟随输入电压，针对此问题提出也有很多人提出相应的解决方案，比如增加辅助电路，采用数字软启动等方法由于其实施方法繁琐不易实现并不能很好的解决该问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种图腾柱PFC的电压过零点电流畸变控制方法及控制装置，旨在解决现象有技术中图腾柱PFC控制方案中输入电流在电压过零点不能很好平滑过渡，出现畸变的问题。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种图腾柱PFC的电压过零点电流畸变控制方法，包括如下步骤：步骤S1、采集图腾柱PFC输出电压Vo，并将输出电压Vo与变换器设定的参考电压Vref进行比较获得误差量Verr；步骤S2、采样图腾柱PFC输入电压Vac，包括输入电压相位、极性和均方根值Vrms，当图腾柱PFC输入电压Vac达到过零点时，输出电压过零信号；步骤S3、将输入电压Vac的绝对值、电压误差量Verr以及输入电压均方根值平方的倒数送入电压外环调节单元，获得输入电流的参考值Iref；步骤S4、采样图腾柱PFC输入电流iL，并将步骤S3得到的输入电流的参考值Iref与iL进行比较得到电流误差信号Ierr，将电流误差信号Ierr送入电流内环调节单元校正后产生占空比D，用于驱动图腾柱PFC的高频和低频桥臂开关管；步骤S5、若得到步骤S2输出的电压过零信号，送入死区控制模块，经过10个开关周期时间T1后，送入双极控制模块，经过α时间后，再送入栅极驱动模块产生占空比驱动图腾柱PFC的高频和低频桥臂开关管。在本专利技术一实施例中，所述10个开关周期时间T1为使得高频桥臂氮化镓功率主开关管完成软起动的时间。在本专利技术一实施例中，所述α时间为完成双极控制的时间，为使图腾柱PFC在电压过零时可以调节电压使之不至于过小而不能约束电感电流。在本专利技术一实施例中，步骤S3中，输入电流的参考值本专利技术还提供了一种图腾柱PFC的电压过零点电流畸变控制装置，包括图腾柱PFC和数字控制模块，所述数字控制模块通过采样图腾柱PFC的输入电压信息、输出电压信息及输入电流信息，通过电压外环调节单元和电流内环调节单元对误差信号进行补偿调节最后送入PWM调制器产生门控信号控制图腾柱PFC稳定工作。在本专利技术一实施例中，所述图腾柱PFC包括交流输入电源(Vac)、升压电感(L)、高频上桥臂氮化镓开关管(Q1)、高频下桥臂氮化镓开关管(Q3)、低频上桥臂开关管SIMOSFET(Q2)、低频下桥臂开关管SIMOSFET(Q4)、输出电容(C)和输入负载(R)。在本专利技术一实施例中，所述数字控制模块包括：输出电压采样模块，用于采集图腾柱PFC直流输出电压Vo；输入电压采样模块，用于采集图腾柱PFC交流输入电压Vac和判断输入电压极性；输入电流采样模块，用于采集图腾柱PFC输入电流iL；电压外环调节单元，用于调节放大误差Verr；电流内环调节单元，用于调节放大误差Ierr；输入电压计算模块，用于计算图腾柱PFC输入电压是否达到过零点；死区控制模块，用于使图腾柱PFC的高频桥臂主开关管完成软起动，约束电感电流不产生脉冲尖峰；双极控制模块，用于使得图腾柱PFC的输入电压即使处于较低状态下也能够建立电流约束条件，更有效校正图腾柱PFC的输入电流使其跟随输入电压；栅极驱动模块，用于生成图腾柱PFC的高频桥臂和低频桥臂功率开关管的驱动信号。在本专利技术一实施例中，所述电压外环调节单元包括第一求和模块、电压环补偿模块、第一乘法器、第二乘法器；所述电流内环调节单元包括第二求和模块、电流环补偿模块。在本专利技术一实施例中，所述交流输入电源(Vac)的L极与所述升压电感(L)的一端相连；所述升压电感(L)的另一端连到所述高频上桥臂氮化镓开关管(Q1)的S端、高频下桥臂氮化镓开关管(Q3)的D端；所述交流输入电源(Vac)的N极连接到所述低频上桥臂开关管SIMOSFET(Q2)的S端、低频下桥臂开关管SIMOSFET(Q4)的D端；所述输出电容(C)的一端、输入负载(R)的一端与所述高频上桥臂氮化镓开关管(Q1)的D端、低频上桥臂开关管SIMOSFET(Q2)的D端相连；所述的输出电容(C)的另一端、输入负载(R)的另一端与所述高频下桥臂氮化镓开关管(Q3)的S端、低频下桥臂开关管SIMOSFET(Q4)的S端相连；所述输出电压采样模块的输入端与输入负载(R)的一端连接，所述输出电压采样模块的输出端与设定参考电压Vref的参考电压输出端与所述第一求和模块的输入端相连；所述第一求和模块的输出端连接至所述电压环补偿模块的输入端；所述输入电压采样模块的两输入端分别与交流输入电源(Vac)的L极、N极连接，所述输入电压采样模块的两输出端分别与所述输入电压计算模块的两输入端连接；所述输入电压计算模块的第一输出端与所述死区控制模块的第一输入端相连；所述输入电压计算模块的第二输出端与电压环补偿模块的输出端均连接至所述第一乘法器模块；所述第一乘法器模块的输出端与所述输入电压计算模块的第三输出端均连接至所述第二乘法器模块；所述输入电流采样模块包括电感电流侦测模块、信号整流模块，所述电感电流侦测模块的输入端与所述升压电感(L)的另一端相连；所述电感电流侦测模块的输出端与所述信号整流模块的输入端相连；所述信号整流模块的输出端与所述第二乘法器模块的输出端相连至所述第二求和模块；所述第二求和模块的输出端与所述电流环补偿模块的输入端相连；所述电流环补偿模块的第一输出端与所述栅极驱动模块的第一输入端相连；所述电流环补偿模块的第二输出端与所述死区控制模块的第二输入端相连；所述的死区控制模块的输出端与所述双极控制模块的输入端相连；所述的双极控制模块的输出端与所述栅极驱动模块的第二输入端相连，所述栅极驱动模块分别与所述高频上桥臂氮化镓开关管(Q1)的G端、高频下桥臂氮化镓开关管(Q3)的G端、低频上桥臂开关管SIMOSFET(Q2)的G端、低频下桥臂开关管SIMOSFE本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图腾柱PFC的电压过零点电流畸变控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1、采集图腾柱PFC输出电压Vo，并将输出电压Vo与变换器设定的参考电压Vref进行比较获得误差量Verr；步骤S2、采样图腾柱PFC输入电压Vac，包括输入电压相位、极性和均方根值Vrms，当图腾柱PFC输入电压Vac达到过零点时，输出电压过零信号；步骤S3、将输入电压Vac的绝对值、电压误差量Verr以及输入电压均方根值平方的倒数

【技术特征摘要】
1.一种图腾柱PFC的电压过零点电流畸变控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1、采集图腾柱PFC输出电压Vo，并将输出电压Vo与变换器设定的参考电压Vref进行比较获得误差量Verr；步骤S2、采样图腾柱PFC输入电压Vac，包括输入电压相位、极性和均方根值Vrms，当图腾柱PFC输入电压Vac达到过零点时，输出电压过零信号；步骤S3、将输入电压Vac的绝对值、电压误差量Verr以及输入电压均方根值平方的倒数送入电压外环调节单元，获得输入电流的参考值Iref；步骤S4、采样图腾柱PFC输入电流iL，并将步骤S3得到的输入电流的参考值Iref与iL进行比较得到电流误差信号Ierr，将电流误差信号Ierr送入电流内环调节单元校正后产生占空比D，用于驱动图腾柱PFC的高频和低频桥臂开关管；步骤S5、若得到步骤S2输出的电压过零信号，送入死区控制模块，经过10个开关周期时间T1后，送入双极控制模块，经过α时间后，再送入栅极驱动模块产生占空比驱动图腾柱PFC的高频和低频桥臂开关管。2.根据权利要求1所述的图腾柱PFC的电压过零点电流畸变控制方法，其特征在于，所述10个开关周期时间T1为使得高频桥臂氮化镓功率主开关管完成软起动的时间。3.根据权利要求1所述的图腾柱PFC的电压过零点电流畸变控制方法，其特征在于，所述α时间为完成双极控制的时间，为使图腾柱PFC在电压过零时可以调节电压使之不至于过小而不能约束电感电流。4.根据权利要求1-3任一所述的图腾柱PFC的电压过零点电流畸变控制方法，其特征在于，步骤S3中，输入电流的参考值5.一种图腾柱PFC的电压过零点电流畸变控制装置，其特征在于，包括图腾柱PFC和数字控制模块，所述数字控制模块通过采样图腾柱PFC的输入电压信息、输出电压信息及输入电流信息，通过电压外环调节单元和电流内环调节单元对误差信号进行补偿调节最后送入PWM调制器产生门控信号控制图腾柱PFC稳定工作。6.根据权利要求5所述的图腾柱PFC的电压过零点电流畸变控制装置，其特征在于，所述图腾柱PFC包括交流输入电源(Vac)、升压电感(L)、高频上桥臂氮化镓开关管(Q1)、高频下桥臂氮化镓开关管(Q3)、低频上桥臂开关管SIMOSFET(Q2)、低频下桥臂开关管SIMOSFET(Q4)、输出电容(C)和输入负载(R)。7.根据权利要求6所述的图腾柱PFC的电压过零点电流畸变控制装置，其特征在于，所述数字控制模块包括：输出电压采样模块，用于采集图腾柱PFC直流输出电压Vo；输入电压采样模块，用于采集图腾柱PFC交流输入电压Vac和判断输入电压极性；输入电流采样模块，用于采集图腾柱PFC输入电流iL；电压外环调节单元，用于调节放大误差Verr；电流内环调节单元，用于调节放大误差Ierr；输入电压计算模块，用于计算图腾柱PFC输入电压是否达到过零点；死区控制模块，用于使图腾柱PFC的高频桥臂主开关管完成软起动，约束电感电流不产生脉冲尖...

【专利技术属性】
技术研发人员：林志贤，张旬，姚剑敏，林珊玲，郭太良，张永爱，周雄图，叶芸，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35