一种双向反馈控制消除PFC纹波的控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种双向反馈控制消除PFC纹波的控制系统及控制方法。控制系统包括电网、PFC转换器、电压外环调节器、电流内环调节器、PWM波形发生器、负载、电感电流、负载电压和前馈控制器；负载电压与给定做差值后，通过电压外环调节器输出电压电流反馈量；前馈量与电压反馈量加权，将电感电流补偿并输入电流内环调节器，电流内环调节器输出电压电流反馈量至PWM波形发生器，将PWM波形发生器输出波形图调制到与给定状态下参数相同，输出PWM波形。本发明专利技术将电网输入电压电流、PFC输出电压电流和负载电压电流作为前馈补偿因子，将前馈量和电压外环反馈量加权补偿传递给电流内环，调制PWM波形，使输出与当前给定状态相同的波形，以消除PFC纹波对逆变电源的影响。除PFC纹波对逆变电源的影响。除PFC纹波对逆变电源的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种双向反馈控制消除PFC纹波的控制系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及逆变电源
，特别是涉及一种双向反馈控制消除PFC纹波的控制系统及控制方法。

技术介绍

[0002]随着对高速开关器件和逆变控制策略的研究不断深入，逆变电源经历了第一代基于半控型器件的自激推挽式方案，第二代基于全控型器件的他激式方案，第三代基于实时反馈控制的新型式方案。该实时反馈控制方案能较好的克服第二代逆变电源对非线性负载的适应性差和动态调整弱的缺点。该方案在提高逆变电源稳定性的同时，还可以进一步体现逆变电源的轻量化和便携化等优点。
[0003]PFC(Power
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Factor
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Correction，功率因素校正电路)电路常常用作两级式AC/DC变换器结构中的前级，通过整流为后级母线提供稳定的电压，能有效提高网侧电流的功率因数，减小后级逆变器对电网的谐波及无功污染。其作为一种整流型拓扑，有着多种电路形式和调制策略。根据PFC电路构成是否含有源器件可分为：无源PFC变换器和有源PFC变换器，无源PFC变换器采用电感电容等无源器件构成，能有效减少功率器件开关损耗，但电感电容等无源器件的存在，导致体积重量大、输出不稳定、功率因素低等缺陷。有源PFC变换器在提高功率因数、稳定输出电压、减小谐波电流有绝对优势，但控制相对复杂。根据PFC调制模式可分为：连续导通模式(Continuous
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Conduction
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Mode，CCM)、临界导通模式(Critical
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Conduction
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Mode，CRM)和断续导通模式(Discontinuous
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Conduction
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Mode，DCM)。CCM在变压器磁能尚未完全释放时再次导通开关管，PFC的输出纹波小但转换效率较低；DCM在变压器磁能释放完毕后，延时导通开关管，PFC的转换效率虽能有所提高但输出谐波较大；CRM模式可以实现开关管的零电压开通和关断，因此开关损耗很小，CRM模式虽能很好兼容两者优势，具有较小的开关损耗和更小的总谐波失真，功率等级也比较高。但电网电能质量、后级逆变电源负载突变以及PFC功率器件的高频振荡对PFC纹波的影响仍在所难免。PFC输出的纹波，一方面会造成高噪声，对通信系统造成较强的干扰，另一方面会增加谐波分量对电网的冲击，增加电网的负担。除此之外，逆变电源系统由于时滞元件电感电容等的存在，导致电压的调节会出现一定的滞后，输出电压波动较大。传统的控制策略采用电流内环电压外环的控制策略，输出电压的变化时会引起输出电流的变化，此时电流内环会先进行调节抑制电压的变化，从而使输出电压的波动减小，双闭环的控制方式虽然可以缩短电压调节时间，抑制电压调节的滞后性，使系统响应速度加快。但双环调节无法完全消除前级PFC纹波对逆变电源的影响。
[0004]鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本
亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是如何解决PFC纹波对逆变电源造成输出不稳定，以及时滞性严重的问题。
[0006]本专利技术采用如下技术方案：
[0007]第一方面，一种双向反馈控制消除PFC纹波的控制系统，包括电网、PFC转换器、电压外环调节器、电流内环调节器、PWM波形发生器、负载、电感电流、负载电压和前馈控制器；
[0008]所述前馈控制器包括电网电压电流检测单元、PFC输出电压电流检测单元、负载电压电流检测单元和处理单元；
[0009]其中，电网输出给所述电网电压电流检测单元；PFC转换器输出给PFC输出电压电流检测单元；负载输出给负载电压电流检测单元、负载电压、电感电流；电网电压电流检测单元、PFC输出电压电流检测单元、负载电压电流检测单元输出到处理单元；
[0010]所述处理单元将电网电压电流检测单元和负载电压电流检测单元作为动态前馈量，用于补偿动态调节过程中的精度，以及将所述PFC输出电压电流检测单元作为静态前馈量，用于补偿静态调节过程中的精度；
[0011]所述负载电压与给定状态所对应的电压做差值处理后，通过所述电压外环调节器输出电压反馈量；所述处理单元的前馈量与所述电压外环调节器的电压反馈量加权后，将所述电感电流进行补偿并输入到电流内环调节器内，所述电流内环调节器输出电压电流反馈量至PWM波形发生器内，将PWM波形发生器输出的波形图调制到与给定状态下参数相同，以便于消除PFC纹波对逆变电源输出的影响。
[0012]优选的，前馈控制包括动态前馈和静态前馈，所述动态前馈采取动态补偿，起到主导调节作用，以便于加快响应速度和响应精度；所述静态前馈对输出量的静态偏差进行调节，当响应曲线在理论曲线上预设范围内波动时，以便于通过静态前馈补偿将逆变电源控制在稳定状态。
[0013]优选的，所述电网和所述负载的剧烈变化对PFC纹波的影响大，所述PFC转换器的变化影响系统稳定时的输出电压。
[0014]优选的，所述将PWM波形发生器输出的波形图调制到与给定状态下参数相同之前，还包括通过查表获取给定状态下电网电压电流参考值、负载电压电流参考值和PFC输出电压电流参考值。
[0015]优选的，所述将PWM波形发生器输出的波形图调制到与给定状态下参数相同，以便于实现PFC纹波对逆变电源输出的影响，具体包括：
[0016]采集电网电压电流瞬时值Vg、Ig，所得的电压电流信号分别与其参考值Vgref、Igref做比较，其差值通过动态前馈调节后得到电流内环调节器的其中第一组动态前馈量给定信号Igg；
[0017]采集负载电压电流瞬时值Vl、Il，所得的电压电流信号分别与其参考值Vlref、Ilref做比较，其差值通过动态前馈调节后得到电流内环调节器的其中第二组动态前馈量给定信号Ilg；
[0018]采集PFC输出电压电流瞬时值Vp、Ip，所得的电压电流信号分别与其参考值Vpref、Ipref做比较，其差值通过稳态前馈调节后得到电流内环调节器的稳态前馈量给定信号Ipg；
[0019]采集负载电压瞬时值Vl，与参考电压Vref进行比较，通过电压外环的PID控制策略得到电流内环调节器的一个电压反馈量给定信号Iig；
[0020]采集电感电流瞬时值Ii，与参考电流Iiref、电网电压电流的动态前馈给定量Igg，
负载电压电流的动态前馈给定量Ilg，PFC输出电压电流的稳态前馈给定量Ipg，电压外环调节后的反馈给定量Iig，通过加权补偿后输出给电流内环控制器，通过电流内环的PID控制策略对PWM波形发生器进行控制，输出PWM波形，其中，PID控制策略表示利用PID算法获取给定值的过程。
[0021]优选的，所述电压外环的PID控制策略表示利用PID算法将所采集的负载电压瞬时值转换为电压反馈给定量，以便于作为电压外环调节器的输入信号。
[0022]优选的，所述电流内环的PID控制策略表示利用PID算法将所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双向反馈控制消除PFC纹波的控制系统，其特征在于，包括电网、PFC转换器、电压外环调节器、电流内环调节器、PWM波形发生器、负载、电感电流、负载电压和前馈控制器；所述前馈控制器包括电网电压电流检测单元、PFC输出电压电流检测单元、负载电压电流检测单元和处理单元；其中，电网输出给所述电网电压电流检测单元；PFC转换器输出给PFC输出电压电流检测单元；负载输出给负载电压电流检测单元、负载电压、电感电流；电网电压电流检测单元、PFC输出电压电流检测单元、负载电压电流检测单元输出到处理单元；所述处理单元将电网电压电流检测单元和负载电压电流检测单元作为动态前馈量，用于补偿动态调节过程中的精度，以及将所述PFC输出电压电流检测单元作为静态前馈量，用于补偿静态调节过程中的精度；所述负载电压与给定状态所对应的电压做差值处理后，通过所述电压外环调节器输出电压反馈量；所述处理单元的动态前馈量、静态前馈量与所述电压外环调节器的电压反馈量加权后，将所述电感电流进行补偿并输入到电流内环调节器内，所述电流内环调节器输出电压电流反馈量至PWM波形发生器内，将PWM波形发生器输出的波形图调制到与给定状态下参数相同，以便于消除PFC纹波对逆变电源输出的影响。2.根据权利要求1所述的双向反馈控制消除PFC纹波的控制系统，其特征在于，前馈控制包括动态前馈和静态前馈，所述动态前馈采取动态补偿，起到主导调节作用，以便于加快响应速度和响应精度；所述静态前馈对输出量的静态偏差进行调节，当响应曲线在理论曲线上预设范围内波动时，以便于通过静态前馈补偿将逆变电源控制在稳定状态。3.根据权利要求1所述的双向反馈控制消除PFC纹波的控制系统，其特征在于，所述电网和所述负载的剧烈变化对PFC纹波的影响大，所述PFC转换器的变化影响系统稳定时的输出电压。4.根据权利要求1所述的双向反馈控制消除PFC纹波的控制系统，其特征在于，所述将PWM波形发生器输出的波形图调制到与给定状态下参数相同之前，还包括通过查表获取给定状态下电网电压电流参考值、负载电压电流参考值和PFC输出电压电流参考值。5.根据权利要求1所述的双向反馈控制消除PFC纹波的控制系统，其特征在于，所述将PWM波形发生器输出的波形图调制到与给定状态下参数相同，以便于实现PFC纹波对逆变电源输出的影响，具体包括：采集电网电压电流瞬时值Vg、Ig，所得的电压电流信号分别与其参考值Vgref、Igref做比较，其差值通过动态前馈调节后得到电流内环调节器的其中第一组动态前馈量给定信号Igg；采集负载电压电流瞬时值Vl、Il，所得的电压电流信号分别与其参考值Vlref、Ilref做比较，其差值通过动态前馈调节后得到电流内...

【专利技术属性】
技术研发人员：费亚龙，崔乃东，王山斌，刘威，曾定军，王震，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七〇九研究所，
类型：发明
国别省市：