【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及开关电源，特别涉及一种多模式自适应切换的图腾柱pfc数字控制方法。
技术介绍
1、随着新能源及电力设备的发展，开关电源被广泛应用于各类电气场景下。但开关电源的大量应用，尤其是ac-dc整流电路的大量应用对电力供电系统产生巨大影响。首先开关电源的工作过程会产生大量谐波，导致电网中的电压和电流失真，污染电网。其次，开关电源通常具有较低的功率因数。恒定功率下，功率因数越低，电网中的无功功率越多，降低电网的效率和能源利用率。为解决以上问题，功率因数校正技术(pfc)得到广泛的研究与应用。
2、随着半导体器件发展尤其是第三代宽禁带半导体材料出现，图腾柱无桥pfc变换器因其具有元器件数量少，结构简单，电磁干扰(emi)噪声低，可以实现能量双向流动等优点，被广泛应用于两级式ac-dc变换器的前级拓扑、车载供电系统、能量路由器等各类电力应用场合。
3、图腾柱pfc可分别工作于连续电流模式、电流临界连续模式和电流断续模式。当图腾柱pfc工作于电感电流断续及电感电流临界连续模式时可实现高频管软开关，提高效率；然而，这两种工作模式下的电流应力较大，仅适用于小功率场合；此外，电感电流临界连续模式在过零点附近可能存在开关频率过高的问题。当图腾柱pfc工作于电感电流连续模式时，电流应力较低，适用于大功率场合，但轻载效率较低。随着应用场景的不断延伸，对图腾柱无桥pfc变换器的动态性能、稳态性能、效率、功率因数等性能参数提出了更高的要求。单一工作模式无法满足日渐复杂的应用场景需求。而不同的工作模式往往采用不同的控制策略，强
技术实现思路
1、为解决现有技术存在的上述问题，本专利技术的目的是提供一种多模式自适应切换的图腾柱pfc数字控制方法。该方法能够在不增加控制复杂度的条件下，实现图腾柱pfc自适应多模式切换，使其随负载变化自适应调节工作模式，提升变换器全负载工作特性，拓宽其应用范围。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是一种多模式自适应切换的图腾柱pfc数字控制方法，图腾柱pfc包括交流输入端、升压整流模块和输出滤波电容c；升压整流模块包括h整流桥、功率电感l和输出滤波电容，所述h整流桥包含相互并联的高频桥臂与低频桥臂，其中高频开关管s1为高频桥臂上管、高频开关管s2为高频桥臂下管、开关管s3为低频桥臂上管、高频开关管s4为低频桥臂下管，所述功率电感l一端连接交流输入端，另一端连接h整流桥高频桥臂中点，h整流桥低频桥臂中点连接交流输入另一端，输出滤波电容c与h整流桥并联；
3、所述多模式自适应切换的图腾柱pfc数字控制方法的具体步骤为：
4、步骤1，图腾柱pfc工作于电感电流连续及电感电流断续模式下建立小信号数学模型；
5、步骤2，根据步骤1所述建立的小信号数学模型设计电压环路控制器，得到电感电流参考值；
6、步骤3，根据图腾柱pfc的额定电路参数设计图腾柱pfc中高频开关管s1、s2的固定关断时间tc；
7、步骤4，在图腾柱pfc电路中加入电感电流过零检测电路，得到电感电流过零检测信号，根据电感电流过零检测信号确定图腾柱pfc的工作模式；
8、步骤5，根据步骤2所得电感电流参考值及步骤4所得的工作模式计算图腾柱pfc中高频开关管s1、s2的开通时间ton；
9、步骤6，根据步骤3、步骤5所得关断时间tc及开通时间ton输出对应的pwm控制信号，该pwm控制信号用于控制图腾柱pfc中高频开关管s1、s2的开通与关断。
10、本专利技术一种多模式自适应切换的图腾柱pfc数字控制方法，所述步骤1具体为：
11、图腾柱pfc工作于电感电流断续模式下，当高频开关管s2导通时，图腾柱pfc状态方程为
12、
13、其中，所述l为pfc功率电感，c为输出滤波电容，r为负载电阻，vac为输入电压瞬时值，vdc为输出电压瞬时值，il为电感电流瞬时值；
14、当高频开关管s2关断且电感电流不为0时，得到图腾柱pfc的状态方程为
15、
16、当高频开关管s2关断且电感电流为0时，得到图腾柱pfc的状态方程为
17、
18、根据状态空间平均法，可得图腾柱pfc变换器的平均状态方程为
19、
20、其中，ts为开关周期，为开关周期平均算子，d1为开关管s2在一个开关周期内的导通占空比，d2为开关管s2在一个开关周期内的关断占空比；
21、根据小信号扰动法，令
22、
23、其中，为稳态变量电感电流il、输入电压vac、输出电压vdc及占空比d1、d2的小信号扰动分量；
24、将式(5)带入至式(4)，其中小信号量可视为无穷小量，忽略二阶无穷小量，即二次项，得到最终图腾柱pfc变换器在小信号扰动下的平均状态方程为
25、
26、对式(6)进行拉普拉斯变换，得到电感电流断续模式下图腾柱pfc的小信号模型为
27、
28、相较于电感电流断续模式，电感电流连续模式下图腾柱pfc仅含式(1)(2)所对应工作模态，电感电流连续；同电感电流断续模式下的小信号建模过程，可得电感电流连续模式下图腾柱pfc的小信号模型为
29、
30、本专利技术一种多模式自适应切换的图腾柱pfc数字控制方法，所述步骤2具体为：
31、根据所述步骤1中得到的图腾柱pfc在电感电流断续及电感电流连续工作模式下的小信号数学模型，电压环路的传递函数为输出电压与电感电流的关系，简化式(7)得到电感电流断续模式下输出电压与电感电流的关系式为
32、
33、同理简化式(8)得到电感电流连续模式下输出电压与电感电流的关系式为
34、
35、针对式(9)(10)，利用零极点补偿塑造兼容二者幅频特性的补偿参数，得到电压环路控制器参数；设定输出电压参考值，将采样的输出电压与输出电压参考值作差，输入电压环路控制器，得到电感电流幅值参考值。
36、本专利技术一种多模式自适应切换的图腾柱pfc数字控制方法，所述步骤3具体为：
37、根据图腾柱pfc的额定电路参数设计图腾柱pfc中高频开关管s1、s2的固定关断时间tc：关断时间固定，可得稳态下图腾柱pfc工频周期内各开关周期电感电流跌落峰值，所述电感电流跌落峰值的表达式为
38、
39、电感电流临界连续模式下，电感l上流过的电流峰值与输入电压及功率相关，表达式为
40、
41、其中，所述po为输出功率，η为变换器效率，vinrms为输入电压有效值，iref为输入电流有效值；
42、混合运行功率边界条件下，图腾柱pfc变换器工作于电感电流临界连续模式下的最大关断时间为所述固定关断时间，可得固定关断时间tc为
4本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多模式自适应切换的图腾柱PFC数字控制方法，图腾柱PFC包括交流输入端、升压整流模块和输出滤波电容C；升压整流模块包括H整流桥、功率电感L和输出滤波电容，所述H整流桥包含相互并联的高频桥臂与低频桥臂，其中高频开关管S1为高频桥臂上管、高频开关管S2为高频桥臂下管、开关管S3为低频桥臂上管、高频开关管S4为低频桥臂下管，所述功率电感L一端连接交流输入端，另一端连接H整流桥高频桥臂中点，H整流桥低频桥臂中点连接交流输入另一端，输出滤波电容C与H整流桥并联；其特征在于，所述多模式自适应切换的图腾柱PFC数字控制方法的具体步骤为：
2.根据权利要求1所述的一种多模式自适应切换的图腾柱PFC数字控制方法，其特征在于，所述步骤1具体为：
3.根据权利要求1所述的一种多模式自适应切换的图腾柱PFC数字控制方法，其特征在于，所述步骤2具体为：
4.根据权利要求1所述的一种多模式自适应切换的图腾柱PFC数字控制方法，其特征在于，所述步骤3具体为：
5.根据权利要求1所述的一种多模式自适应切换的图腾柱PFC数字控制方法，其特征在于，所述步骤4具
6.根据权利要求1所述的一种多模式自适应切换的图腾柱PFC数字控制方法，其特征在于，所述步骤5具体为：
7.根据权利要求1所述的一种多模式自适应切换的图腾柱PFC数字控制方法，其特征在于，所述步骤6具体为：
...【技术特征摘要】
1.一种多模式自适应切换的图腾柱pfc数字控制方法，图腾柱pfc包括交流输入端、升压整流模块和输出滤波电容c；升压整流模块包括h整流桥、功率电感l和输出滤波电容，所述h整流桥包含相互并联的高频桥臂与低频桥臂，其中高频开关管s1为高频桥臂上管、高频开关管s2为高频桥臂下管、开关管s3为低频桥臂上管、高频开关管s4为低频桥臂下管，所述功率电感l一端连接交流输入端，另一端连接h整流桥高频桥臂中点，h整流桥低频桥臂中点连接交流输入另一端，输出滤波电容c与h整流桥并联；其特征在于，所述多模式自适应切换的图腾柱pfc数字控制方法的具体步骤为：
2.根据权利要求1所述的一种多模式自适应切换的图腾柱pfc数字控制...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟凡刚，舒元，吴晋蒙，雍圣任，高蕾，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：
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