一种PFC变换器脉冲频率调制均值电流控制方法及装置制造方法及图纸

一种PFC变换器脉冲频率调制均值电流控制方法及装置。在每个开关周期开始时刻，将整流桥的输出电压Vs及其峰值Vm、变换器的输出电流In和输出电压参考Vref送入参考电流生成器得到电流参考信号Iref；将Iref、Vs、整流桥的输出电流Is、变换器的输出电压Vn和预设恒定导通时间Ton送入关断时间生成器得到关断时间控制信号toff；将Vn和电压基准值Vref送入补偿器得到的误差信号作为导通时间控制信号ton；将toff和ton送入脉冲频率调制器得到控制时序Vp，用以控制PFC变换器开关管的导通与关断。本发明专利技术适用于多种PFC变换器拓扑，提高了负载和输入瞬态响应速度，减小了输出电压波动，减少了电流环补偿网络，并且能在宽输入电压和负载范围内具有良好的功率因数校正功能。

【技术实现步骤摘要】
一种PFC变换器脉冲频率调制均值电流控制方法及装置
本专利技术涉及功率因数校正(PowerFactorCorrection,PFC)变换器的控制方法及装置，属于电力电子设备领域，具体为一种PFC变换器脉冲频率调制均值电流控制方法及其装置。
技术介绍
随着电力电子技术的发展，电力电子装置已经得到广泛应用。传统AC/DC变换器包含各种非线性器件和储能器件，会使得输入电压和输入电流不同步。将其直接接入公共电网使用时，会引起电网电流产生畸变，即电网电流含有大量谐波成分。一方面在电能的传送过程中造成不必要的损耗，另一方面严重影响输电线路上其他电气设备的正常工作。为了保证公共电网的正常供电，AC/DC变换器需要采用PFC技术。PFC技术可分为无源PFC和有源PFC，其中有源PFC技术能对变化的谐波电流进行快速的动态跟踪补偿，而且补偿特性不受电网阻抗和负载阻抗影响，可实现理想的功率因数校正，其功率因数可以达到0.99以上，使输入电流接近正弦并且与输入电压相位一致。与无源PFC相比，有源PFC技术具有补偿特性好的优点，因而在工业中得到了广泛的应用。传统的有源PFC变换器控制方法主要有峰值电流控制和平均电流控制。相比于峰值电流控制，平均电流控制具有更高的功率因数和更小的THD，并且对噪声不敏感，因此其应用比较广泛。但是，平均电流控制需要两个PI补偿器，其中电压环PI补偿器用于调节输出电压，电流环PI补偿器用于使电感电流跟随电流参考信号。此外，电流型滞环控制利用滞环思想使电感电流在电流参考信号附近的一定范围内变化，以实现功率因数校正；由于减少了平均电流控制中的电流环PI补偿器，其输入电流瞬态响应速度得到改善。以上PFC变换器控制方法的电流参考信号均是由电压环PI补偿器的输出与输入电压经过乘法器产生，其电压环PI补偿器的调节速度受到电流参考限制，影响了输入和负载瞬态性能的提升。因此，需要采用其他方法代替电流环PI补偿器以及获取电流参考信号，以便有效地提高PFC变换器的输入和负载瞬态响应速度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种PFC变换器脉冲频率调制均值电流控制方法及装置，使其瞬态响应速度得到明显改善，并且具有较高的功率因数值，适用于各类基本的PFC变换器拓扑。本专利技术采用的技术方案如下：一种PFC变换器脉冲频率调制均值电流控制方法，在每个开关周期开始时刻，检测所述PFC变换器的整流桥的输出电流Is、输出电压Vs、输出电压峰值Vm和所述PFC变换器的输出电流In、输出电压Vn；根据Vs、Vm、In和电压基准值Vref得到电流参考信号Iref＝2VrefInVs/Vm2；根据Is、Iref和系数K1、K2得到关断时间控制信号toff＝K1[Is-Iref]+K2；其中，系数K1、K2是与信号Vs、Vn、Ton以及所述PFC变换器的电感电流纹波相关的系数，Ton是预设的恒定导通时间信号；mL1和mL2分别是电感电流变化的上升斜率和下降斜率，L为所述PFC变换器的电感；将Vn和电压基准值Vref送入补偿器得到的误差信号作为导通时间控制信号ton；将导通时间控制信号ton和关断时间控制信号toff与锯齿波Vsaw进行比较得到控制时序Vp，具体为：若Vsaw<ton或Vsaw>(ton+toff)则Vp为高电平，否则为低电平；其中，锯齿波Vsaw在当前开关周期开始时从零增大，当Vsaw>(2ton+toff)，Vsaw置零当前开关周期结束；所述控制时序Vp用于控制所述PFC变换器的开关管的导通与关断。上述控制方法中，所述PFC变换器为BoostPFC变换器、Buck-boostPFC变换器、反激PFC变换器、半桥PFC变换器或全桥PFC变换器。一种PFC变换器脉冲频率调制均值电流控制装置，第一电压检测电路VS1、电压峰值检测电路VPS和第二电流检测电路IS2的输出端分别连接到参考电流生成器RCG，电压基准值Vref也连接到参考电流生成器RCG；第一电流检测电路IS1、第一电压检测电路VS1、第二电压检测电路VS2和参考电流生成器RCG的输出端分别连接到关断时间生成器OFG；第二电压检测电路VS2的输出端和电压基准值Vref还分别连接到补偿器EC；关断时间生成器OFG和补偿器EC的输出端分别连接到脉冲频率调制器PFM。进一步地，所述参考电流生成器RCG包括依次连接的乘法器MU1、乘法器MU2、除法器DIV1和除法器DIV2。进一步地，所述关断时间生成器OFG包括依次连接的减法器SUB1、乘法器MU3和加法器ADD1。进一步地，所述脉冲频率调制器PFM包括锯齿波产生器SG、加法器ADD2、加法器ADD3、减法器SUB2、减法器SUB3、比较器CMP1、比较器CMP2和或门OR；加法器ADD2、减法器SUB2和比较器CMP1依次连接；加法器ADD2还与加法器ADD3、锯齿波产生器SG依次连接；减法器SUB3和比较器CMP2依次连接；锯齿波产生器SG的输出端分别连接到减法器SUB2和减法器SUB3；比较器CMP1和比较器CMP2的输出端分别连接到或门OR。上述装置中，所述PFC变换器为BoostPFC变换器、Buck-boostPFC变换器、反激PFC变换器、半桥PFC变换器或全桥PFC变换器。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：一、与传统平均电流控制的PFC变换器相比，本专利技术的PFC变换器通过功率关系计算电流参考，解决了传统PFC变换器的电压环PI补偿器调节速度受到电流参考限制的问题；从而提高了PFC变换器的输出电压瞬态性能。二、与传统平均电流控制的PFC变换器相比，本专利技术的PFC变换器通过控制算法有效地调整每个周期开关管的导通与关断时间，使电感电流快速跟随电流参考信号；从而提高了PFC变换器的输入电流瞬态性能。三、与传统平均电流控制的PFC变换器相比，本专利技术的PFC变换器的电压环PI补偿器调节速度加快，可减小输出电压波动；从而减小开关管的电压应力。四、本专利技术的PFC变换器电流环无需PI补偿器，简化了控制环路的设计，增强了系统的稳定性。附图说明图1为本专利技术的信号框图。图2为本专利技术的参考电流生成器RCG的信号框图。图3为本专利技术的关断时间生成器OFG的信号框图。图4为本专利技术的脉冲频率调制器PFM的信号框图。图5为本专利技术实施例一的电路结构框图。图6为本专利技术实施例一的关断时间生成器OFG生成关断时间控制信号toff的示意图。图7为本专利技术实施例一的脉冲频率调制器PFM生成开关管控制时序Vp的示意图。图8为本专利技术实施例一PFC变换器稳态工作时的输入电压Vin和输入电流Iin的时域仿真波形图。图9a为采用传统平均电流控制的PFC变换器在负载电阻由500Ω跳变到400Ω时输出电压瞬态时域仿真波形图。图9b为本专利技术实施例一PFC变换器在负载电阻由500Ω跳变到400Ω时输出电压瞬态时域仿真波形图。图9c为采用传统平均电流控制的PFC变换器在负载电阻由100Ω跳变到400Ω时输出电压瞬态时域仿真波形图。图9d为本专利技术实施例一PFC变换器在负载电阻由100Ω跳变到400Ω时输出电压瞬态时域仿真波形图。图10a为采用传统平均电流控制的PFC变换器在输入电压有效值由220V波动到176V时输出电压瞬态时域仿真波形图。图10b为本专利技术实施例一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种PFC变换器脉冲频率调制均值电流控制方法，其特征在于：在每个开关周期开始时刻，检测所述PFC变换器的整流桥的输出电流Is、输出电压Vs、输出电压峰值Vm和所述PFC变换器的输出电流In、输出电压Vn；根据Vs、Vm、In和电压基准值Vref得到电流参考信号Iref＝2VrefInVs/Vm

【技术特征摘要】
1.一种PFC变换器脉冲频率调制均值电流控制方法，其特征在于：在每个开关周期开始时刻，检测所述PFC变换器的整流桥的输出电流Is、输出电压Vs、输出电压峰值Vm和所述PFC变换器的输出电流In、输出电压Vn；根据Vs、Vm、In和电压基准值Vref得到电流参考信号Iref＝2VrefInVs/Vm2；根据Is、Iref和系数K1、K2得到关断时间控制信号toff＝K1[Is-Iref]+K2；其中，系数K1、K2是与信号Vs、Vn、Ton以及所述PFC变换器的电感电流纹波相关的系数，Ton是预设的恒定导通时间信号；mL1和mL2分别是电感电流变化的上升斜率和下降斜率，L为所述PFC变换器的电感；将Vn和电压基准值Vref送入补偿器得到的误差信号作为导通时间控制信号ton；将导通时间控制信号ton和关断时间控制信号toff与锯齿波Vsaw进行比较得到控制时序Vp，具体为：若Vsaw<ton或Vsaw>(ton+toff)则Vp为高电平，否则为低电平；其中，锯齿波Vsaw在当前开关周期开始时从零增大，当Vsaw>(2ton+toff)，Vsaw置零当前开关周期结束；所述控制时序Vp用于控制所述PFC变换器的开关管的导通与关断。2.如权利要求1所述的一种PFC变换器脉冲频率调制均值电流控制方法，其特征在于：所述PFC变换器为BoostPFC变换器、Buck-boostPFC变换器、反激PFC变换器、半桥PFC变换器或全桥PFC变换器。3.一种PFC变换器脉冲频率调制均值电流控制装置，其特征在于：第一电压检测电路VS1、电压峰值检测电路VPS和第二电流检测电路IS2的输出端分别连接到参考...

【专利技术属性】
技术研发人员：周国华，胡栖铭，何大印，范先焱，毛桂华，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51