本发明专利技术公开了一种低输出电压纹波的功率因数校正变换控制方法及其装置。单相功率因数校正控制器采样单相功率因数校正变换器的输入电压、电感电流和输出电压后，经PFC控制策略得到功率因数校正变换器的控制信号；单相逆变器的控制器采样单相功率因数校正变换器的输入电压和负载电流得到单相逆变器的控制目标信号，同时采样逆变器的交流输出电压，通过逆变器双闭环控制策略使逆变器的交流输出电压与功率因数校正变换器的直流输出电压纹波同幅值反相位。本发明专利技术在实现高功率因数的同时消除了单相PFC变换器的输出工频纹波电压，提高了系统的动态响应，克服了传统两级功率因数校正变换器效率低成本高的问题。本发明专利技术还可应用于低纹波的高功率因数校正AC/DC恒流源设计中。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力控制设备，尤其是DC-AC辅助实现低输出电压纹波的PFC变换器工作方法及其装置。
技术介绍
近年来，电力电子技术迅速发展，作为电力电子领域重要组成部分的电源技术逐渐成为应用和研究的热点。开关电源以其效率高、功率密度高而确立了其在电源领域中的主流地位，但其通过整流器接入电网时会存在一个致命的弱点功率因数较低(一般仅为 0. 45 0. 75)，且在电网中会产生大量的电流谐波和无功功率而污染电网。抑制开关电源产生谐波的方法主要有两种一是被动法，即采用无源滤波或有源滤波电路来旁路或消除谐波；二是主动法，即设计新一代高性能整流器，它具有输入电流为正弦波、谐波含量低以及功率因数高等特点，即具有功率因数校正功能。开关电源功率因数校正研究的重点，主要是功率因数校正电路拓扑的研究和功率因数校正控制集成电路的开发。现有BucKBoost、 Buck-Boost等多种功率因数校正电路拓扑结构。功率因数校正控制集成电路负责检测变换器的工作状态，并产生脉冲信号控制开关装置，调节传递给负载的能量以稳定输出；同时保证开关电源的输入电流跟踪电网输入电压，实现接近于I的功率因数。控制集成电路的结构和工作原理由开关电源采用的控制方法决定。对于同一功率电路拓扑，采用不同的控制方法会对开关电源的稳态精度及动态性能等方面产生影响。传统的有源功率因数校正变换器直流输出电压包含有二倍工频纹波，若二倍工频输出电压纹波被引入功率因数校正控制器中，会使功率因数校正变换器的输入电流含有三次谐波电流成分，降低了功率因数校正变换器的输入功率因数。因此传统有源功率因数校正变换器的直流输出电压反馈控制环截止频率低(一般仅为10 20Hz)，这严重影响功率因数校正变换器对负载变化的动态响应能力。此外，由于有源功率因数校正变换器的直流输出电压纹波较大，需在功率因数校正变换器输出端接一个电容值很大的输出电容后，还需要再接一个DC-DC变换器来提高负载直流输出电压的稳态精度和对负载变化的动态响应能力，使变换器设计成本高、效率低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种DC-AC辅助实现低输出电压纹波的PFC变换器工作方法，采用该方法可使单相PFC变换器输出电压纹波减小，并且其动态响应性能好，效率高， 抗干扰能力强，适用于各种拓扑结构的单相PFC变换器。本专利技术实现其专利技术目的，所采用的技术方案是一种开关电源的工作方法，其具体作法是单相功率因数校正变换器直流输出电容的上端接负载的上端，单相功率因数校正变换器直流输出电容的下端接单相逆变器交流输出电容的上端，单相逆变器交流输出电容的下端接负载的下端，同时负载的下端接地。单相功率因数校正控制器采样单相功率因数校正变换器的电感电流、输入电压和负载直流输出电压，经过现有的PFC控制策略(乘法器控制策略、单周控制策略等)得到功率因数校正变换器的控制信号。单相逆变器的控制器采样单相功率因数校正变换器的输入电压和负载电流得到单相逆变器的控制目标信号，单相逆变器的控制器同时采样逆变器的交流输出电压，通过双闭环控制等逆变器控制策略使逆变器的交流输出电压与功率因数校正变换器的直流输出电压纹波同幅值、反相位。各控制器的工作原理如下输入电压检测电路VC1检测单相PFC变换器TD的整流输入电压Vin，输入电压有效值检测电路VC2检测单相PFC变换器TD的整流输入电压有效值 Vrms,输出电压检测电路VC3检测负载R的直流输出电压V。，电感电流检测电路IC1检测单相 PFC变换器TD的电感电流Ip直流输出电压V。与直流参考电压V1^ef的差值通过PI控制器补偿后再乘以整流输入电压Vin作为除法器的一个输入，除法器的另一个输入为整流输入电压有效值Vmis的平方，除法器的输出即为基准正弦电流IMf。电感电流L与基准正弦电流IMf的差值通过PI控制器补偿后送入PWM发生器，得到单相PFC变换器TD的控制脉冲。输入电压检测电路VC4检测单相PFC变换器TD的交流输入电压Vin A。，输出电流检测电路IC2检测负载R的电流I。，交流输入电压Vin A。经过倍频电路DU倍频后与负载电流I0相乘得到单相逆变器IN的控制参考电压V^f。交流输出电压检测电路VC5检测单相逆变器 IN的交流输出电压V。AC，交流输出电压V。AC与控制参考电压Vc_Mf的差值通过PI控制器补偿后送入PWM发生器，得到单相逆变器IN的控制脉冲。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是I、相对于已有的功率因数校正变换器，采用本专利技术的功率因数校正变换器处于稳态时，有效地减小了负载的直流输出电压纹波，有利于变换器整流滤波电路选用较小的输出电容；2、采用本专利技术的功率因数校正变换器可提高输出电压反馈控制环的截止频率，因此负载发生突变时，控制器能够立即改变参考正弦电流，变换器可迅速进入新的稳态；3、采用专利技术的功率因数校正变换器无需后级的DC-DC变换器，仅需要一个小功率的直流输出电压纹波补偿逆变器，提高了变换器整机的效率。本专利技术的另一目的是提供一种实现以上开关电源工作方法的装置。本专利技术实现该专利技术目的所采用的技术方案是一种实现以上开关电源工作方法的装置，由单相PFC变换器TD、单相逆变器IN和控制器组成。单相PFC变换器直流输出电容的上端接负载的上端，单相PFC变换器直流输出电容的下端接单相逆变器交流输出电容的上端，单相逆变器交流输出电容的下端接负载的下端，同时负载的下端接地。控制器包括电压检测电路VCC、电流检测电路1C、补偿网络CN、乘法器MU、除法器 DV、倍频电路DU、逻辑比较电路LC和驱动电路DR。所述的输出电压检测电路VC3与补偿网络CN1相连；输入电压检测电路VC1与补偿网络CN1的输出分别与乘法器MU1相连，输入电压有效值检测电路VC2与乘法器MU2相连，乘法器MU1的输出与乘法器MU2的输出与分别与除法器DV相连，除法器DV的输出与电感电流检测电路IC1做差后与补偿网络CN2相连，补偿网络CN2的输出与逻辑比较电路LC1相连后再与驱动电路DR1相连。所述的交流输入电压检测电路VC4与倍频电路DU相连，倍频电路DU的输出与负载电流检测电路IC2分别与乘法器MU3相连，乘法器MU3的输出与交流输出电压检测电路VC5做差后与补偿网络CN3相连，补偿网络CN3的输出与逻辑比较电路LC2相连后再与驱动电路DR2相连。采用以上装置可以方便可靠地实现本专利技术以上方法。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明图I为本专利技术的系统结构框图。图2为本专利技术实施例一的电路结构示意图。图3a为本专利技术实施例一在稳态条件下输出电压的时域仿真波形图。图3b为本专利技术实施例一在稳态条件下输入电压的时域仿真波形图。图3c为本专利技术实施例一在稳态条件下输入电流的时域仿真波形图。图3仿真条件如下输入电压Vin = 220V、直流输出电压参考值V,ef = 400V、电感 L1 = ImH、电感 L2 = 0. 2mH、电容 C1 = C2 = 330uF、负载阻值 R = 160 Q ,单相 Boost PFC 变换器电压控制环补偿参数Kp = 152, K1 = 150，单相Boost PFC变换器电流控制环补偿参数 Kp = 0. 7，K1 = 0. 65，单相全桥逆变器电压控制环补偿参数K本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：许建平，张婓，阎铁生，高建龙，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：
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