连续工作模式功率因数校正变换器的解耦控制方法和装置制造方法及图纸

连续工作模式功率因数校正变换器的解耦控制方法和装置，首先在每个开关周期开始时刻检测连续工作模式功率因数校正变换器的输出电压、整流后的输入电压、电感电流和负载电流等关键参数，然后在每个开关周期根据检测所得关键参数分别计算电流控制环路的占空比和电压控制环路的占空比，相加后获得连续工作模式功率因数校正变换器在每个开关周期的占空比信号，最后根据计算所得的占空比信号控制连续工作模式功率因数校正变换器中开关管的通断。本发明专利技术能够将电压控制环路和电流控制环路相互解耦，使得输出电压的二倍工频纹波不会引入到电流控制环路，保证了高功率因数和低输入电流畸变，同时提高了功率因数校正变换器的瞬态响应速度和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
连续工作模式功率因数校正变换器的解耦控制方法和装置
本专利技术涉及功率因数校正变换器(PowerFactorCorrection,PFC)，特别是一种连续工作模式功率因数校正变换器的解耦控制方法，和实现该解耦控制方法的装置。
技术介绍
功率因数校正变换器可以降低电力电子装置对公共电网的谐波污染，具有功率因数高、体积小、成本低等优点。工作于电感电流连续模式(CCM)的功率因数校正变换器通常采用平均电流(ACM)控制方式，因其具有输入功率因数高、电流纹波小、抗干扰能力强、开关频率恒定等优点，非常适用于中大功率场合。传统的平均电流控制具有两个控制环路，电压控制环路用以控制输出电压Vo等于参考电压Vref、同时产生输入电流的参考电流值Iref；电流控制环路用以实现单位功率因数。由于平均电流控制的电流控制环路的电流参考信号Iref是由输出电压控制环路产生的，即ACM控制的电压和电流控制环路相互耦合。当电压控制环路带宽较大时，虽然可以实现较快的瞬态响应，但是输出电压中的二倍工频纹波会被引入到电流参考信号Iref，使输入电流产生畸变。为了获得高功率因数，通常将电压控制环路带宽设计得较小，但较小的带宽会影响变换器的负载瞬态响应能力。
技术实现思路
针对上述传统平均电流控制方案中存在的电压控制环路与电流控制环路相互耦合的问题，本专利技术提出一种解耦控制方法，适用于连续工作模式功率因数校正变换器(CCMPFC)，分别计算电压控制环路的占空比和电流控制环路的占空比后相加，使得采用本专利技术方法的CCMPFC电压控制环路和电流控制环路相互解耦，同时实现单位功率因数和快速的瞬态响应。本专利技术提出的解耦控制方法的技术方案是：连续工作模式功率因数校正变换器的解耦控制方法，所述解耦控制方法包括如下步骤：步骤一、计算所述连续工作模式功率因数校正变换器在每个开关周期的占空比信号，其中计算第n个开关周期的占空比信号dn的方法为，n为正整数：1.1、在第n个开关周期开始时刻检测所述连续工作模式功率因数校正变换器的关键参数，所述关键参数包括但不限于输出电压Vo、整流后的输入电压vrec、电感电流iL和负载电流Io；1.2、获取所述整流后的输入电压vrec的峰值电压Vm，并结合步骤一检测得到的整流后输入电压vrec和负载电流Io计算电感电流的参考值其中Vref是设定的所述连续工作模式功率因数校正变换器输出电压的参考值；1.3、将所述第n个开关周期的占空比信号dn分为两部分，第一部分的占空比为电流控制环路的占空比：第二部分的占空比为电压控制环路的占空比：其中m1和m2分别为所述连续工作模式功率因数校正变换器中电感电流的上升斜率和下降斜率，fs是设定的开关频率；1.4、根据实际使用的所述连续工作模式功率因数校正变换器的类型确定对应的m1和m2并带入式(1)和式(2)中计算diL和dvo，将计算得到的diL和dvo相加得到所述第n个开关周期的占空比信号dn；步骤二、在下个开关周期开始前根据当前开关周期的占空比信号控制所述连续工作模式功率因数校正变换器中开关管的通断。具体的，当实际使用的所述连续工作模式功率因数校正变换器为升压型时，可以确定：将m1和m2带入式(1)和式(2)中，并用设定的所述输出电压的参考值Vref代替式(4)中的输出电压Vo，计算得到其中L是所述连续工作模式功率因数校正变换器的电感值，Vm|sinωt|等于所述连续工作模式功率因数校正变换器的输入电压。具体的，将所述功率因数校正变换器的输出电压Vo与所述输出电压的参考值Vref进行误差放大得到误差放大信号VEA，电压控制环路的占空比公式变换为本专利技术的另一目的是提供一种实现上述功率因数校正变换器解耦控制方法的装置，本专利技术提出的解耦控制装置的技术方案是：连续工作模式功率因数校正变换器的解耦控制装置，包括采样模块、参考电流产生模块、第一部分占空比产生模块、第二部分占空比产生模块和驱动脉冲产生模块，所述采样模块用于在每个开关周期开始时刻检测所述连续工作模式功率因数校正变换器的关键参数并输出至参考电流产生模块、第一部分占空比产生模块和第二部分占空比产生模块中，所述关键参数包括但不限于输出电压Vo、整流后的输入电压vrec、电感电流iL和负载电流Io，所述采样模块还用于处理检测得到的输入电压vrec获取其峰值电压Vm；所述参考电流产生模块用于根据所述采样模块获取的整流后的输入电压vrec、输入电压vrec的峰值电压Vm和负载电流Io计算电感电流的参考值其中Vref是设定的输出电压的参考值；所述第一部分占空比产生模块和第二部分占空比产生模块分别用于计算所述连续工作模式功率因数校正变换器在当前周期的占空比信号中的第一部分占空比和第二部分占空比其中fs是设定的开关频率，m1和m2分别为所述连续工作模式功率因数校正变换器中电感电流的上升斜率和下降斜率，根据实际使用的所述连续工作模式功率因数校正变换器的类型确定m1和m2；所述驱动脉冲产生模块用于将所述第一部分占空比产生模块和第二部分占空比产生模块计算得到的第一部分占空比diL和第二部分占空比dvo相加得到当前开关周期的占空比信号，并根据当前开关周期的占空比信号产生控制所述连续工作模式功率因数校正变换器中开关管通断的驱动脉冲信号。具体的，所述参考电流产生模块包括第一乘法器和第二乘法器，第一乘法器的两个乘数输入端分别连接所述采样模块输出的整流后的输入电压vrec和系数其输出端连接第二乘法器的一个乘数输入端；第二乘法器的另一个乘数输入端连接所述采样模块输出的负载电流Io，其输出端作为所述参考电流产生模块的输出端。具体的，当实际使用的所述连续工作模式功率因数校正变换器为升压型时，可以确定：将m1和m2带入第一部分占空比diL和第二部分占空比dvo中，并用设定的输出电压的参考值Vref代替式(8)中的输出电压Vo，计算得到：其中L是所述连续工作模式功率因数校正变换器的电感值，所述连续工作模式功率因数校正变换器的输入电压vin＝Vm|sinωt|。具体的，所述第一部分占空比产生模块包括第三乘法器和第一减法器，第一减法器的被减数输入端连接所述参考电流产生模块输出的电感电流的参考值Iref，其减数输入端连接所述采样模块输出的电感电流iL，其输出端连接第三乘法器的一个乘数输入端；第三乘法器的另一个乘数输入端连接系数其输出端作为所述第一部分占空比产生模块的输出端输出电流控制环路的占空比diL。具体的，所述第二部分占空比产生模块包括误差放大器、第四乘法器、第五乘法器和第二减法器，误差放大器的正向输入端连接设定的输出电压的参考值Vref，其负向输入端连接所述采样模块输出的输出电压Vo，其输出端输出误差放大信号VEA并连接第四乘法器的一个乘数输入端；第五乘法器的两个乘数输入端分别连接所述采样模块输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.连续工作模式功率因数校正变换器的解耦控制方法，其特征在于，所述解耦控制方法包括如下步骤：/n步骤一、计算所述连续工作模式功率因数校正变换器在每个开关周期的占空比信号，其中计算第n个开关周期的占空比信号d

【技术特征摘要】
1.连续工作模式功率因数校正变换器的解耦控制方法，其特征在于，所述解耦控制方法包括如下步骤：
步骤一、计算所述连续工作模式功率因数校正变换器在每个开关周期的占空比信号，其中计算第n个开关周期的占空比信号dn的方法为，n为正整数：
1.1、在第n个开关周期开始时刻检测所述连续工作模式功率因数校正变换器的关键参数，所述关键参数包括但不限于输出电压Vo、整流后的输入电压vrec、电感电流iL和负载电流Io；
1.2、获取所述整流后的输入电压vrec的峰值电压Vm，并结合步骤一检测得到的整流后输入电压vrec和负载电流Io计算电感电流的参考值其中Vref是设定的所述连续工作模式功率因数校正变换器输出电压的参考值；
1.3、将所述第n个开关周期的占空比信号dn分为两部分，第一部分的占空比为电流控制环路的占空比：



第二部分的占空比为电压控制环路的占空比：



其中m1和m2分别为所述连续工作模式功率因数校正变换器中电感电流的上升斜率和下降斜率，fs是设定的开关频率；
1.4、根据实际使用的所述连续工作模式功率因数校正变换器的类型确定对应的m1和m2并带入式(1)和式(2)中计算diL和dvo，将计算得到的diL和dvo相加得到所述第n个开关周期的占空比信号dn；
步骤二、在下个开关周期开始前根据当前开关周期的占空比信号控制所述连续工作模式功率因数校正变换器中开关管的通断。


2.根据权利要求1所述的连续工作模式功率因数校正变换器的解耦控制方法，其特征在于，当实际使用的所述连续工作模式功率因数校正变换器为升压型时，可以确定：






将m1和m2带入式(1)和式(2)中，并用设定的所述输出电压的参考值Vref代替式(4)中的输出电压Vo，计算得到






其中L是所述连续工作模式功率因数校正变换器的电感值，Vm|sinωt|等于所述连续工作模式功率因数校正变换器的输入电压。


3.根据权利要求2所述的连续工作模式功率因数校正变换器的解耦控制方法，其特征在于，将所述功率因数校正变换器的输出电压Vo与所述输出电压的参考值Vref进行误差放大得到误差放大信号VEA，电压控制环路的占空比公式变换为


4.连续工作模式功率因数校正变换器的解耦控制装置，其特征在于，包括采样模块、参考电流产生模块、第一部分占空比产生模块、第二部分占空比产生模块和驱动脉冲产生模块，
所述采样模块用于在每个开关周期开始时刻检测所述连续工作模式功率因数校正变换器的关键参数并输出至参考电流产生模块、第一部分占空比产生模块和第二部分占空比产生模块中，所述关键参数包括但不限于输出电压Vo、整流后的输入电压vrec、电感电流iL和负载电流Io，所述采样模块还用于处理检测得到的输入电压vrec获取其峰值电压Vm；
所述参考电流产生模块用于根据所述采样模块获取的整流后的输入电压vrec、输入电压vrec的峰值电压Vm和负载电流Io计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：沙金，郭帅军，许建平，胡嘉豪，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51