一种Boost型功率因数校正电路的恒导通时间电流临界连续控制方法技术

本发明专利技术公开了电力电子与电工技术领域的一种单相全桥整流器的恒导通时间电流临界连续控制方法，将单相全桥整流器输出电压的采样信号与给定参考电压共同送入加法器，经加法器后产生的电压误差信号送入电压控制器；电压控制器的输出信号送入恒导通时间CRM发生器，由恒导通时间CRM发生器生成具有等效占空比的高频开关管的脉冲控制信号，本发明专利技术具有控制结构简单，响应速度快，易于稳定的性能；可由低成本的数字控制芯片实现算法，性价比高。性价比高。性价比高。

【技术实现步骤摘要】
一种Boost型功率因数校正电路的恒导通时间电流临界连续控制方法


[0001]本专利技术涉及电力电子与电工
，特别涉及一种单相全桥整流器控制方法。

技术介绍

[0002]功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)能够有效降低网侧电流谐波失真和无功功率，减少谐波对电网的污染，因而被广泛应用于整流电路中。传统有源功率因数校正整流器由不控整流桥和Boost升压电路组成，但随着功率等级的提高，整流桥的损耗在很大程度上阻碍了系统效率的提高，因此许多不含整流桥的PFC拓扑应运而生。其中单相全桥PFC电路具有共模干扰低、器件数量少、器件利用率高等优势，因此具有良好的应用前景。
[0003]为了追求尽可能高的效率，电路的工作模式和控制方法成为研究者重点关注的两个方面。电路的工作模式根据电路中储能电感上的电流是否连续分为三种：断续导通模式(DCM)、连续导通模式(CCM)、临界导通模式(CRM)。
[0004]断续导通模式(DCM)控制结构简单，容易实现，但是在同等功率输出时，这种工作模式下的开关管的关断损耗较大，电路效率较低，网侧功率因数很难进一步提高，因此适合成本要求高，功率小的应用中。
[0005]连续导通模式(CCM)一般采用平均电流控制方案较多，同等输出功率下，开关管电流峰值小，电流有效值小，电路效率较高，功率因数高，但是平均电流控制方式复杂，成本高；并且，如果采用普通Si MOSFET作为开关管工作在高频时，其体二极管的反向恢复特性可能使电路产生不必要的损失，甚至烧坏开关管。
[0006]临界导通模式(CRM)因其容易实现软开关而常用在中高频率情况下，这种工作模式的效率较高，网侧功率因数较高，但是采用传统的平均电流控制同样面临结构复杂、成本高等问题。
[0007]此外，为实现电感电流临界连续工作，许多学者提出外加电流过零检测电路来检测电感电流是否过零，这无疑会进一步增加研究成本，降低电路可靠性。

技术实现思路

[0008]针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种Boost型功率因数校正电路的恒导通时间电流临界连续控制方法，降低电路的复杂度，提高可靠性。
[0009]本专利技术的目的是这样实现的：一种Boost型功率因数校正电路的恒导通时间电流临界连续控制方法：
[0010]1)将单相全桥整流器输出电压的采样信号与给定参考电压共同送入加法器，经加法器后产生的电压误差信号送入电压控制器；
[0011]2)电压控制器的输出信号送入恒导通时间CRM发生器，由恒导通时间 CRM发生器生成具有等效占空比的高频开关管的脉冲控制信号，其中恒导通时间CRM发生器由关断时间计算器和PFM调制器构成；所述电压控制器的输出信号为单相全桥整流器中高频开关管
的导通时间信号，该信号分为三路，第一路送入关断时间计算器，由关断时间计算器输出得到高频开关管的关断时间信号，该关断时间信号与第二路导通时间信号共同送入加法器，得到高频开关管的开关周期信号，该开关周期信号与第三路导通时间信号共同送入 PFM调制器，PFM调制器的输出即为恒导通时间CRM发生器的输出。
[0012]作为本专利技术的进一步限定，由PFM调制器生成的脉冲控制信号，经驱动电路后产生驱动信号，用来控制单相全桥整流器高频开关管的通断，从而控制整流器中储能电感上的电流始终工作在临界连续模式，使得单相全桥整流器输出稳定的直流电压波形。
[0013]作为本专利技术的进一步限定，所述关断时间计算器根据电压控制器输出的高频开关管的导通时间信号，对整流器中的储能电感运用伏秒平衡原理，计算得到高频开关管的关断时间信号。
[0014]作为本专利技术的进一步限定，单相全桥整流器高频开关管的开关频率f与输出电压V
o
的传递函数为：
[0015][0016]其中，P
o
为整流器输出功率，v
in_rms
为交流输入电压有效值，I
L
为整流器电感电流，L为整流器电感，C为整流器输出电容，R为整流器等效负载。
[0017]作为本专利技术的进一步限定，输出电压采样调理电路的传递函数为：
[0018][0019]其中，k
vf
为电压环采样增益，T
sp
为采样周期。
[0020]作为本专利技术的进一步限定，电压控制器的传递函数为：
[0021][0022]其中,k
pv
和k
iv
为PI补偿器的两个控制参数。
[0023]作为本专利技术的进一步限定，高频开关管的导通时间t
on
与开关频率f的转换函数：
[0024][0025]其中，t
off
为高频开关管的关断时间，v
in
为输入交流电源电压。
[0026]本专利技术具有以下优点：
[0027]根据整流器中高频开关管的固定导通时间，对储能电感运用伏秒平衡原理，计算出不同时刻对应的高频开关管的关断时间，使得储能电感上的电流始终工作于临界连续模式，而无需加入额外的电流过零检测电路，降低了电路复杂度，有利于提高可靠性；只需要单独的电压控制器，就能实现整流器网侧的高功率因数，具有控制结构简单，响应速度快，易于稳定的性能；可由低成本的数字控制芯片实现算法，故具有高性价比。
[0028]本专利技术的其他优点和效果将在下面继续说明。
[0029]本专利技术中涉及的术语：PFM(Pulse Frequency Modulation，脉冲频率调制)， CRM(Critical Conduction Mode,临界导通模式)，伏秒平衡。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0031]图1为本专利技术控制示意图；
[0032]图2为本专利技术应用电路构成示意图；
[0033]图3为本专利技术电压环控制原理图；
[0034]图4为本专利技术加入PI补偿器后的系统伯德图；
[0035]图5为本专利技术PSIM仿真中输入电压v
in
与输入电流i
L
波形图；
[0036]图6为本专利技术PSIM仿真中输出电压V
o
波形图；
[0037]图7为本专利技术PSIM仿真中一个交流输入正半周期内输入电流i
L
与高频开关管S2的驱动PFM1B的局部波形图；
[0038]图1中的符号名称：
[0039][0040][0041]图2中的符号名称：
[0042][0043]其它同图1中符号说明。
[0044]图3中的符号名称：
[0045][0046]其它同图1中符号说明。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Boost型功率因数校正电路的恒导通时间电流临界连续控制方法，其特征在于：1)将单相全桥整流器输出电压的采样信号与给定参考电压共同送入加法器，经加法器后产生的电压误差信号送入电压控制器；2)电压控制器的输出信号送入恒导通时间CRM发生器，由恒导通时间CRM发生器生成具有等效占空比的高频开关管的脉冲控制信号，其中恒导通时间CRM发生器由关断时间计算器和PFM调制器构成；所述电压控制器的输出信号为单相全桥整流器中高频开关管的导通时间信号，该信号分为三路，第一路送入关断时间计算器，由关断时间计算器输出得到高频开关管的关断时间信号，该关断时间信号与第二路导通时间信号共同送入加法器，得到高频开关管的开关周期信号，该开关周期信号与第三路导通时间信号共同送入PFM调制器，PFM调制器的输出即为恒导通时间CRM发生器的输出。2.根据权利要求1所述的一种Boost型功率因数校正电路的恒导通时间电流临界连续控制方法，其特征在于：由PFM调制器生成的脉冲控制信号，经驱动电路后产生驱动信号，用来控制单相全桥整流器高频开关管的通断，从而控制整流器中储能电感上的电流始终工作在临界连续模式，使得单相全桥整流器输出稳定的直流电压波形。3.根据权利要求1或2所述的一种Boost型功率因数校正电路的恒导通时间电流临界连续控制方法，其特征在于：所述关断时间计算器根据电压控制器输出的高频开关管的导通时间信号，对整流器中的储能电感运用伏秒平衡原理，计算得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：方宇，张爽，夏梅珍，夏晓南，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：