一种图腾柱PFC变换器的控制方法、装置及图腾柱PFC变换器制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种图腾柱PFC变换器的控制方法、装置及图腾柱PFC变换器，其中的控制方法包括在每个工作周期获取第一电压信号V

【技术实现步骤摘要】
一种图腾柱PFC变换器的控制方法、装置及图腾柱PFC变换器


[0001]本专利技术涉及电能变换
，特别涉及一种图腾柱PFC变换器的控制方法、装置及图腾柱PFC变换器。

技术介绍

[0002]随着电力电子技术的飞速发展，AC
‑
DC变换器用户数量迅速增长，而绝大部分电力电子设备都需要通过整流变换技术将交流电转换为直流电，这导致大量谐波电流注入交流电网，损害交流电网的电能质量。为了减小负载谐波对电网及其它设备的相互影响，每个电子设备的输入电流谐波含量和功率密度都需要满足交流用电设备电流谐波要求。所以，对高功率密度的PFC变换器技术进行研究具有重要意义。
[0003]与传统桥式Boost PFC变换器相比，无桥PFC利用开关替代桥臂二极管，减少导通路径开关器件的损耗，从而提高了效率。在各种无桥PFC拓扑中，图腾柱无桥PFC因为采用元器件少、共模噪声小等优点成为主流，图1所示为公知的图腾柱无桥PFC的电路图，包括升压电感L，第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4；其中第一开关管Q1和第二开关管Q2为高频开关管，第三开关管Q3和第四开关管Q4为工频开关管，工频开关管可用二极管替代；具体地：在图腾柱PFC变换器的工频交流正半周期，第一开关管Q1作为高频整流管，第二开关管Q2作为高频主管，第三开关管Q3作为工频开关管保持关断，第四开关管Q4作为工频开关管保持导通；在图腾柱PFC变换器的工频交流负半周期，第一开关管Q1作为高频主管，第二开关管Q2作为高频整流管，第三开关管Q3作为工频开关管保持导通，第四开关管Q4作为工频开关管保持关断。
[0004]图腾柱无桥PFC的电路应用在连续导通模式(CCM模式)模式时需要用到GaN器件才能体现效率优势，但当前市场上GaN器件成本较高；在临界导通模式(CRM)和过渡导通模式(TCM)下均可用Si MOS管实现，但在连续导通模式(CRM)高压下无法实现零电压开通(ZVS)特性，不利于高频小体积。而TCM模式最大的特点是存在负向电感电流，可以实现零电压开通(ZVS)。但也存在不足，原因在于：常规PFC控制方法有电流型控制和电压型控制，电流型控制需要采样电感峰值电流，而图腾无桥PFC变换器的峰值电流采样复杂、困难，且成本较高，电压型控制通常依据输出电压的误差信号决定其开关管导通时间，其导通时间在工频周期内保持固定，所以通常也叫固定导通时间控制(COT控制)，COT控制应用在TCM模式时，由于负向电流存在，使得输入电流在工频交流输入过零点附近存在严重畸变，总电流谐波(THD)大，功率因数值(PF值)低。

技术实现思路

[0005]有鉴如此，本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于TCM模式的图腾柱PFC变换器的控制方法、装置及图腾柱PFC变换器，不仅能解决在工频交流输入过零点附近的交越畸变问题，也能实现全工频周期范围内各工作周期的零电压开通。
[0006]作为本专利技术的第一个方面，所提供的图腾柱PFC变换器的控制方法的实施例如下：
[0007]一种图腾柱PFC变换器的控制方法，其中，在所述图腾柱PFC变换器的每个工作周期包括如下步骤：
[0008]获取表征所述图腾柱PFC变换器工频输入交流电压瞬时值大小的第一电压信号V
in
；
[0009]获取表征所述图腾柱PFC变换器工频输入交流电压有效值大小的第二电压信号V
rms
；
[0010]获取表征所述图腾柱PFC变换器输出直流母线电压大小的第三电压信号V
out
；
[0011]获取表征所述图腾柱PFC变换器中升压电感的电感电流负向值大小的第一电流信号I
z
；
[0012]根据所述第三电压信号V
out
和预设电压参考值V
ref
得到所述图腾柱PFC变换器电压环输出电压V
comp
；
[0013]根据所述第一电压信号V
in
、所述第二电压信号V
rms
、所述电压环输出电压V
comp
、第一电压预设值V
o
和第一电流预设值I
f
开通高频主管第一导通时间T
on
；所述第一导通时间T
on
结束并经过第一间隔时间后，高频整流管自动开启；
[0014]根据所述第一电压信号V
in
和所述第一电流预设值I
f
确定电感负向电流阈值I
zref
，然后根据所述电感负向电流阈值I
zref
和所述第一电流信号I
z
的比较结果关断高频整流管，以实现所述高频整流管的零电流关断，然后保持所述高频整流管关断第二间隔时间，在所述第二间隔时间内，所述升压电感与所述高频主管漏源极结电容和所述高频整流管漏源极结电容谐振，所述第二间隔时间结束后进入下一个工作周期，其中所述的第二间隔时间被配置为能实现下一个工作周期的高频主管零电压开通。
[0015]进一步地，其中根据所述第一电压信号V
in
、所述第二电压信号V
rms
、所述电压环输出电压V
comp
、第一电压预设值V
o
和第一电流预设值I
f
开通高频主管第一导通时间T
on
，包括：
[0016][0017][0018]P
o
＝V
comp
×
k
comp
[0019]其中：
[0020]L为所述升压电感的电感值；
[0021]P
o
为所述图腾柱PFC变换器输出负载的功率；
[0022]V
in
为所述图腾柱PFC变换器的工频输入交流电压瞬时值；
[0023]V
o
为所述图腾柱PFC变换器的输出电压；
[0024]Z
r
为所述升压电感和所述高频主管漏源极结电容和所述高频整流管漏源极结电容谐振的谐振阻抗；
[0025]w
r
为所述升压电感和所述高频主管漏源极结电容和所述高频整流管漏源极结电容谐振的谐振角频率；
[0026]C
oss
为所述高频主管漏源极结电容的容值和所述高频整流管漏源极结电容的容值之和；
[0027]k
comp
为设定的计算系数。
[0028]进一步地，其中根据所述第一电压信号V
in
和所述第一电流预设值I
f
确定电感负向电流阈值I
zref
，包括：
[0029][0030]其中，k
a
、k
b
和k
c
为设定的调整系数。
[0031]进一步地，其中所述第二间隔时间被配置为能实现下一个工作周期的高频主管零本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种图腾柱PFC变换器的控制方法，其特征在于，在所述图腾柱PFC变换器的每个工作周期包括如下步骤：获取表征所述图腾柱PFC变换器工频输入交流电压瞬时值大小的第一电压信号V
in
；获取表征所述图腾柱PFC变换器工频输入交流电压有效值大小的第二电压信号V
rms
；获取表征所述图腾柱PFC变换器输出直流母线电压大小的第三电压信号V
out
；获取表征所述图腾柱PFC变换器中升压电感的电感电流负向值大小的第一电流信号I
z
；根据所述第三电压信号V
out
和预设电压参考值V
ref
得到所述图腾柱PFC变换器电压环输出电压V
comp
；根据所述第一电压信号V
in
、所述第二电压信号V
rms
、所述电压环输出电压V
comp
、第一电压预设值V
o
和第一电流预设值I
f
开通高频主管第一导通时间T
on
；所述第一导通时间T
on
结束并经过第一间隔时间后，高频整流管自动开启；根据所述第一电压信号V
in
和所述第一电流预设值I
f
确定电感负向电流阈值I
zref
，然后根据所述电感负向电流阈值I
zref
和所述第一电流信号I
z
的比较结果关断高频整流管，以实现所述高频整流管的零电流关断，然后保持所述高频整流管关断第二间隔时间，在所述第二间隔时间内，所述升压电感与所述高频主管漏源极结电容和所述高频整流管漏源极结电容谐振，所述第二间隔时间结束后进入下一个工作周期，其中所述的第二间隔时间被配置为能实现下一个工作周期的高频主管零电压开通。2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，其中根据所述第一电压信号V
in
、所述第二电压信号V
rms
、所述电压环输出电压V
comp
、第一电压预设值V
o
和第一电流预设值I
f
开通高频主管第一导通时间T
on
，包括：，包括：P
o
＝V
comp
×
k
comp
其中：L为所述升压电感的电感值；P
o
为所述图腾柱PFC变换器输出负载的功率；V
in
为所述图腾柱PFC变换器的工频输入交流电压瞬时值；V
o
为所述图腾柱PFC变换器的输出电压；Z
r
为所述升压电感与所述高频主管漏源极结电容和所述高频整流管漏源极结电容谐振的谐振阻抗；w
r
为所述升压电感与所述高频主管漏源极结电容和所述高频整流管漏源极结电容谐振的谐振角频率；C
oss
为所述高频主管漏源极结电容的容值和所述高频整流管漏源极结电容的容值之和；k
comp
为设定的计算系数。3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，其中根据所述第一电压信号V
in
和所述
第一电流预设值I
f
确定电感负向电流阈值I
zref
，包括：其中，k
a
、k
b
和k
c
为设定的调整系数。4.根据权利要求1至3任一项所述的控制方法，其特征在于，其中所述第二间隔时间被配置为能实现下一个工作周期的高频主管零电压开通，包括：所述升压电感中的电流最小值的绝对值为i
L_min
，所述下一个工作周期的高频主管开通瞬间所述升压电感中的电流值的绝对值为i
L_sw
，，，其中：V
in
为所述图腾柱PFC变换器的工频输入交流电压瞬时值；V
o
为所述图腾柱PFC变换器的输出电压；Z
r
为所述升压电感与所述高频主管漏源极结电容和所述高频整流管漏源极结电容谐振的谐振阻抗；L为所述升压电感的电感值；C
oss
为所述高频主管漏源极结电容的容值和所述高频整流管漏源极结电容的容值之和。5.一种图腾柱PFC变换器的控制装置，其特征在于，包括如下单元：第一获取单元，用于实时获取表征所述图腾柱PFC变换器工频输入交流电压瞬时值大小的第一电压信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：张中宝，何垒，
申请(专利权)人：广州金升阳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：