一种脉宽周期控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种脉宽周期控制系统及方法，该系统包括：脉宽计算模块，根据主功率电路的相关采样值计算脉宽值；谷值开关检测电路，在使能信号的触发下采样主开关管两端的节点电压值并将其与输入电压采样值进行比较来检测电感电流过零位点，输出复位信号到计数模块；计数模块，对复位信号进行计数以生成斜坡调制信号；及，当斜坡调制信号的持续时间大于基准脉冲周期时生成使能信号并发送给谷值开关检测电路；比较模块，将脉宽值与斜坡调制信号进行比较，根据比较结果生成驱动电压给主开关管；本发明专利技术能够实现DCM与CRM模式之间的平滑过渡与稳定的谷值开关，与现有的控制方式相比，在效率、功率因数、总谐波失真和功率范围等方面均具有更好的性能表现。

【技术实现步骤摘要】
一种脉宽周期控制系统及方法
本专利技术属于功率变换器
，更具体地，涉及一种应用于BoostPFC变换器的脉宽周期控制系统及方法。
技术介绍
在电力系统中，解决谐波污染的主要思路有两种：一种是被动的方式，即在电网侧对已经产生的谐波进行补偿；另一种是主动的方式，即对产生谐波的电力电子装置自身拓扑结构和控制策略进行改进，使其产生较少的谐波，甚至不产生谐波，即功率因数校正(PowerFactorCorrection，PFC)技术。在各种单相PFC电路拓扑结构中，boostPFC拓扑由于具有电路结构简单、变换效率高、控制策略易实现等优点得到广泛应用。在功率变换器领域，利用谷值开关和零电压开关降低开关损耗的软开关技术得到了广泛研究。对于BoostPFC变换器，通常通过临界导通模式(critical-conductionmode，CRM)来实现谷值开关。然而这种模式下，开关频率变化范围很大，并且在轻载情况下会变得非常高，这对功率级的设计和优化造成了挑战。相对而言，非连续导通模式(discontinuousconductionmode，DCM)开关频率固定，但它会经常丢失谷值开关点，从而导致效率和功率因数降低。目前，一些基于恒定开关周期的CRM模式控制方式、基于RC吸收电路的DCM模式控制方式以及DCM/CRM混合模式控制方式被提出来解决BoostPFC变换器中的上述问题。然而，这些控制方式在效率、功率因数、总谐波失真和功率范围等性能上，依然表现欠佳。
技术实现思路
针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种脉宽周期控制系统及方法，通过将每个开关周期延长一段时间直到下一个谷值开关点到来才开通主开关管，从而实现DCM/CRM混合模式下的稳定的谷值开关。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种脉宽周期控制系统，包括：脉宽计算模块，用于根据主功率电路的输入电压采样值及其所属半线频周期内的输入电压峰值、输出电压采样值与参考电流值计算得到脉宽值；谷值开关检测电路，用于在使能信号的触发下采样主开关管两端的节点电压值，将所述节点电压值与输入电压采样值进行比较来检测电感电流过零位点，当检测到所述电感电流过零位点时输出复位信号到所述计数模块；计数模块，用于对所述复位信号进行计数以生成斜坡调制信号，将所述斜坡调制信号发送给比较模块；以及，将所述斜坡调制信号的持续时间与基准脉冲周期进行比较，当斜坡调制信号的持续时间大于基准脉冲周期时生成所述使能信号并发送给谷值开关检测电路；比较模块，用于将脉宽计算模块输出的脉宽值与所述斜坡调制信号进行比较，根据比较结果生成驱动电压给所述主开关管。优选的，上述脉宽周期控制系统，所述谷值开关检测电路将主开关管两端的节点电压值与输入电压采样值进行比较，得到所述节点电压值与输入电压采样值相等的时刻，并将所述时刻进行1/4Tr延时得到电感电流过零位点；其中，Tr表示主开关管的谐振周期。优选的，上述脉宽周期控制系统，所述谐振周期的计算方式如下：其中，L为升压电感的感值；Coss表示主开关管的寄生电容；Cj表示功率二极管的寄生电容。优选的，上述脉宽周期控制系统，所述脉宽计算模块包括：误差运算器，用于将主功率电路的输出电压采样值与预设的参考电压值进行比较，将两者的误差值输出到PI补偿器；PI补偿器，用于根据所述误差值进行比例积分运算，得到参考电流值并将其输出到平均电流补偿器；平均电流控制器，用于根据输入电压采样值及其所属半线频周期内的输入电压峰值、所述输出电压采样值与所述参考电流值计算得到脉宽值，并将所述脉宽值输出到所述比较模块。优选的，上述脉宽周期控制系统，所述平均电流控制器采用以下方式计算脉宽值：其中，Ton表示脉宽值；Im表示参考电流值；L为升压电感的感值；T为DCM/CRM混合模式下的基准脉冲周期；vg表示输入电压采样值；Vm表示输入电压峰值；vout表示输出电压采样值；当(1)>(2)时，变换器当前开关周期工作于DCM模式，脉宽值Ton由式(1)确定；否则，变换器当前开关周期工作于CRM模式，脉宽值Ton由式(2)确定。优选的，上述脉宽周期控制系统，其特征在于，当所述变换器当前开关周期工作于DCM模式与CRM模式的交界处时，脉宽值的大小为：Ton,boundary＝(1-vg/vout)/T其中，Ton,boundary表示DCM模式与CRM模式的交界处的脉宽值。优选的，上述脉宽周期控制系统，所述平均电流控制器还用于对DCM模式下的脉宽值Ton进行补偿，补偿值的计算方式如下：其中，ΔTon表示脉宽值Ton的补偿值；ΔT表示实际脉冲周期相对于DCM/CRM混合模式下的基准脉冲周期T所延长的时长，所述实际脉冲周期为计数模块生成的斜坡调制信号的持续时间。优选的，上述脉宽周期控制系统，所述实际脉冲周期相对于DCM/CRM混合模式下的基准脉冲周期T所延长的时长ΔT满足如下条件：0.5π/ωr<ΔT<2.5π/ωr其中，ωr表示谐振频率；L为升压电感的感值；Coss表示主开关管的寄生电容；Cj表示功率二极管的寄生电容。按照本专利技术的另一个方面，还提供了一种脉宽周期控制方法，其包括：根据主功率电路的输入电压采样值及其所属半线频周期内的输入电压峰值、输出电压采样值与参考电流值计算得到脉宽值；在使能信号的触发下采样主开关管两端的节点电压值，将所述节点电压值与输入电压采样值进行比较来检测电感电流过零位点，当检测到所述电感电流过零位点时生成复位信号；对所述复位信号进行计数以生成斜坡调制信号，以及，将所述斜坡调制信号的持续时间与基准脉冲周期进行比较，当斜坡调制信号的持续时间大于基准脉冲周期时生成所述使能信号；将所述脉宽值与所述斜坡调制信号进行比较，根据比较结果生成驱动电压给所述主开关管。优选的，上述脉宽周期控制方法，所述将所述节点电压值与输入电压采样值进行比较来检测电感电流过零位点，包括：将节点电压值与输入电压采样值进行比较，得到所述节点电压值与输入电压采样值相等的时刻；将所述时刻进行1/4Tr延时得到电感电流过零位点；其中，Tr表示主开关管的谐振周期。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术脉宽周期控制系统及方法，通过将每个开关周期延长一段时间至电感电流过零位点，将该电感电流过零位点作为谷值开关点，直到下一个谷值开关点到来才开通主开关管，从而实现DCM/CRM混合模式下稳定的谷值开关。由于延长的时段小于一个谐振周期，因而对整体开关频率的影响较小，便于输入滤波、纹波抑制和电感的参数设计。(2)本专利技术提供的脉宽周期控制系统及方法，可以实现在半个线频周期内DCM与CRM模式之间的平滑过渡，同时又能保证稳定的谷值开关；此外，为了消除因开关周期延长的时段本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脉宽周期控制系统，其特征在于，包括：/n脉宽计算模块，用于根据主功率电路的输入电压采样值及其所属半线频周期内的输入电压峰值、输出电压采样值与参考电流值计算得到脉宽值；/n谷值开关检测电路，用于在使能信号的触发下采样主开关管两端的节点电压值，将所述节点电压值与输入电压采样值进行比较来检测电感电流过零位点，当检测到所述电感电流过零位点时输出复位信号到所述计数模块；/n计数模块，用于对所述复位信号进行计数以生成斜坡调制信号，将所述斜坡调制信号发送给比较模块；以及，将所述斜坡调制信号的持续时间与基准脉冲周期进行比较，当斜坡调制信号的持续时间大于基准脉冲周期时生成所述使能信号并发送给谷值开关检测电路；/n比较模块，用于将脉宽计算模块输出的脉宽值与所述斜坡调制信号进行比较，根据比较结果生成驱动电压给所述主开关管。/n

【技术特征摘要】
1.一种脉宽周期控制系统，其特征在于，包括：
脉宽计算模块，用于根据主功率电路的输入电压采样值及其所属半线频周期内的输入电压峰值、输出电压采样值与参考电流值计算得到脉宽值；
谷值开关检测电路，用于在使能信号的触发下采样主开关管两端的节点电压值，将所述节点电压值与输入电压采样值进行比较来检测电感电流过零位点，当检测到所述电感电流过零位点时输出复位信号到所述计数模块；
计数模块，用于对所述复位信号进行计数以生成斜坡调制信号，将所述斜坡调制信号发送给比较模块；以及，将所述斜坡调制信号的持续时间与基准脉冲周期进行比较，当斜坡调制信号的持续时间大于基准脉冲周期时生成所述使能信号并发送给谷值开关检测电路；
比较模块，用于将脉宽计算模块输出的脉宽值与所述斜坡调制信号进行比较，根据比较结果生成驱动电压给所述主开关管。


2.如权利要求1所述的脉宽周期控制系统，其特征在于，所述谷值开关检测电路将主开关管两端的节点电压值与输入电压采样值进行比较，得到所述节点电压值与输入电压采样值相等的时刻，并将所述时刻进行1/4Tr延时得到电感电流过零位点；其中，Tr表示主开关管的谐振周期。


3.如权利要求2所述的脉宽周期控制系统，其特征在于，所述谐振周期的计算方式如下：



其中，L为升压电感的感值；Coss表示主开关管的寄生电容；Cj表示功率二极管的寄生电容。


4.如权利要求1所述的脉宽周期控制系统，其特征在于，所述脉宽计算模块包括：
误差运算器，用于将主功率电路的输出电压采样值与预设的参考电压值进行比较，将两者的误差值输出到PI补偿器；
PI补偿器，用于根据所述误差值进行比例积分运算，得到参考电流值并将其输出到平均电流补偿器；
平均电流控制器，用于根据输入电压采样值及其所属半线频周期内的输入电压峰值、所述输出电压采样值与所述参考电流值计算得到脉宽值，并将所述脉宽值输出到所述比较模块。


5.如权利要求4所述的脉宽周期控制系统，其特征在于，所述平均电流控制器采用以下方式计算脉宽值：






其中，Ton表示脉宽值；Im表示参考电流值；L为升压电感的感值；T为DCM/CRM混合模式下的基准脉冲周期；vg表示输入电压采样值；Vm表示输入电压峰值；vout表示输出电压采样值；
当(1)>(2)时，...

【专利技术属性】
技术研发人员：闵闰，申高帅，柳鹏，童乔凌，张侨，王胤瑜，
申请(专利权)人：华中科技大学，航天科工空间工程发展有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42