一种DCMboost变换器及其电流重整形控制方法和控制器技术

本发明专利技术公开了一种DCM boost变换器及其电流重整形控制方法和控制器，属于电力电子技术领域。包括在开关导通阶段，通过对电感电流i

【技术实现步骤摘要】
一种DCM boost变换器及其电流重整形控制方法和控制器


[0001]本专利技术属于电力电子
，更具体地，涉及一种DCM boost变换器及其电流重整形控制方法和控制器。

技术介绍

[0002]功率因数校正(PFC)变换器广泛使用在工业应用中，它可以减少设备输入电流的谐波失真，提高变换效率。作为常用的拓扑，升压型PFC变换器具有输入电流纹波小、电路结构简单、输入电压范围大的优点。考虑电感电流的连续性，它具有三种操作模式，分别是：连续导通模式(CCM)、临界导通模式(CRM)和不连续导通模式(DCM)。其中，DCM下的变换器具有电感需求低、电感电流无迟滞、不存在二极管反向恢复问题的优点，非常适合中小功率应用。
[0003]针对DCM工作模式，人们提出了多种控制策略，以提高系统功率因素。其中，无电流传感的平均电流模式(Sensorless Average Current Mode,SACM)可以实现对电感电流的精确控制，且具有电流环路简单，无需电流传感的优点。然而，SACM控制对电感电流模型精度的依赖性较强，因此需要考虑寄生参数对电感电流的影响。
[0004]如图1所示，在SACM控制下的变换器中存在寄生参数致电流失真(Parasitics
‑
induced Current Distortion,PCD)效应，即阻性寄生参数导致的输入电流畸变。SACM控制器本应将输入电流i
in
调整为正弦波。然而，实际电流平均值通常呈凹陷形，降低了功率因素。该现象在实际应用中常常被忽视，且缺乏理论解释。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种DCM boost变换器的及其电流重整形控制方法和控制器，旨在提高SACM控制下的功率因素，解决电流凹陷的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种DCM boost电路的电流重整形控制方法，所述boost电路工作于DCM模式，该方法包括以下步骤：
[0007]S1.在不考虑寄生效应的情况下，由线电压v
g
、输出电压v
o
和输入电流幅度I
m
的参考值，推导得出所需的占空比d
1,SS
(ωt)；在考虑寄生效应的情况下，求解考虑寄生效应的实际情况中的占空比d
1,res
(ωt)，两者相除得到补偿因子K
d
(ωt)；
[0008]S2.将所述补偿因子加在SACM控制器的输出端，通过调节占空比抵消PCD效应将输入电流重整形为正弦波。
[0009]进一步地，所述稳态下的占空比为：
[0010][0011]其中，v
o
是输出电压，V
m
输入电压幅值，R是输出负载电阻，T是半线周期，L是储能电感。
[0012]进一步地，实际情况中的占空比d
1,res
(ωt)的求解包括：假设PFC变换器具有单位1的功率因数PF，推导得出等效电阻R
e
。进而得到v1到v
g
的传递函数H(s)，这样就得到了线电压v
g
(ωt)。当开关处于导通状态时，通过对电感电流i
L
(t)微分，得到电感电流峰值i
pk
和电感电流的相对阻尼比系数P
damp1
。在开关关闭阶段，同样通过对电感电流i
L
(t)微分。得到占空比d2T和占空比的相对阻尼比系数P
damp2
。通过积分关系得到输出电流均值和电流均值的相对阻尼比P
damp3
。这样就得到了与寄生参数相关的阻尼比系数{P
damp1
,P
damp2
，P
damp3
}。继而，对各阶段的i
L
(t)积分可得失真的输入电流为i
in,dist
(ωt)。考虑寄生电阻的输出电流以P
damp3
的阻尼衰减。通过推导得到I
m
的稳态值。继而得到了可以将i
in,dist
(ωt)调整为I
m
sin(ωt)的占空比d
1,res
(ωt)。
[0013]进一步地，增益补偿因子为：
[0014][0015][0016][0017]其中，P
damp1
是电感电流的相对阻尼比，P
damp2
是占空比的相对阻尼比，P
damp3
是输出电流平均值的相对阻尼比，I
m
是输入电流幅值，V
m
是输出电压幅值，v
g
是线电压，v
in
是输入电压，v
o
是输出电压，d1为稳态下的占空比，i
pk
是电感电流峰值，v
F
是二极管导通压降，R
eq1
是电感ESR(串联寄生电阻)和MOSFET导通电阻之和，即R
eq1
＝R
L
+R
ds
；R
eq2
是电感ESR和二极管导通电阻之和，即R
eq2
＝R
L
+R
F
。
[0018]本专利技术第二方面提供了一种DCM boost变换器的电流重整形控制器，所述Boost变换器工作于DCM模式，所述控制器包括：
[0019]补偿因子获取模块，用于根据预设的电流正弦波，求解理想情况下稳态的占空比d
1,SS
(ωt)以及求解考虑寄生效应的实际情况中的占空比d
1,res
(ωt)，两者相除得到补偿因子K
d
(ωt)；
[0020]电流重整形模块，用于将所述补偿因子加在SACM控制器的输出端，通过调节占空比抵消PCD效应将输入电流重整形为正弦波。
[0021]本专利技术第三方面提供了一种DCM boost变换器，所述Boost变换器工作于DCM模式，其包括上述的控制器和功率级电路。
[0022]在SACM控制下，DCM升压PFC变换器中的电阻寄生效应会导致严重的电流失真现象，这种现象会导致电感电流平均值在中间部分通常呈现凹形。它降低了功率因子PF。针对于这种现象，本专利技术提出了一种考虑阻尼效应的电感电流模型。用于分析电流失真效应(PCD)。进一步提出了电流重整形控制方法。这种方法通过略微增加开关周期的占空比，将输入电流重整为正弦波，从而消除电流阻尼效应。进一步提高了功率因子PF。此外，由于补偿增益沿负载电阻变化很小，所以，这种电流重整形控制方法能在较大的工作范围内减小PCD效应。
[0023]通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，本专利技术对DCM升压型PFC变换器中的PCD效应展开研究。由输入电压、输出电压和占空比的全微分方程，推导出的一种阻尼电感电流模型。用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种DCM boost变换器的电流重整形控制方法，其特征在于，所述Boost变换器工作于DCM模式，该方法包括以下步骤：S1.根据预设的电流正弦波，求解理想情况下稳态的占空比d
1,SS
(ωt)以及求解考虑寄生效应的实际情况中的占空比d
1,res
(ωt)，两者相除得到补偿因子K
d
(ωt)；S2.将所述补偿因子加在SACM控制器的输出端，通过调节占空比抵消PCD效应将输入电流重整形为正弦波。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述稳态下的占空比为：其中，v
o
是输出电压，V
m
输入电压幅值，R是负载电阻，T是半线周期，L是储能电感。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述补偿因子为：3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述补偿因子为：3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述补偿因子为：其中，P
damp1
是电感电流的相对阻尼比，P
damp2
是占空比的相对阻尼比，P
damp3
是输出电流平均值的相对阻尼比，I
m
是输入电流幅值，V
m
是输出电压幅值，v
g
是线电压，v
in
是输入电压，v
o
是输出电压，d1为稳态下的占空比，i
pk
是电感电流峰值，v
F
是二极管导通压降，R
eq1
是电感ESR和MOSFET导通电阻之和，即R
eq1
＝R
L
+R
ds
；R
eq2
是电感ESR和二极管导通电阻之和，即R
eq2
＝R
L
+R
F
。4.一种DCM boost变换器的电流重整形控制器，其特征在于，所述Boost变换器工作于DCM模...

【专利技术属性】
技术研发人员：童乔凌，罗雷明，闵闰，杨冰，袁俊，刘宁宇，吴畅，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：