本發(fā)明涉及一種適用于crm反激pfc變換器的變導(dǎo)通時(shí)間控制方法，屬于功率變換技術(shù)范圍，特別是涉及高質(zhì)量ac-dc功率變換技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來(lái)電力電子裝置在整流場(chǎng)合廣泛應(yīng)用，引起日益嚴(yán)重的電流諧波污染問(wèn)題。為降低電力電子裝置引起的電流諧波危害，各類頒布的諧波標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電力電子裝置所需滿足的功率因數(shù)(powerfactor,pf)與電流總諧波畸變(totalharmonicsdistortion,thd)進(jìn)行了規(guī)定。反激(fly-back)功率因數(shù)校正(powerfactorcorrection,pfc)變換器廣泛應(yīng)用于各種適配器電源中。通?？蓪⑵浞譃槿N：變壓器原副邊電流連續(xù)模式(ccm)，變壓器原副邊電流臨界連續(xù)模式(crm)，變壓器原副邊電流斷續(xù)模式(dcm)。crm反激pfc變換器是小功率適配器電源的主流拓?fù)?，它可?shí)現(xiàn)原邊開關(guān)管的零電壓開通或谷底開通，可實(shí)現(xiàn)副邊二極管的零電流關(guān)斷，因此開關(guān)損耗小；另外其電路控制簡(jiǎn)單，僅需電壓外環(huán)控制，簡(jiǎn)單可靠、成本低廉。

對(duì)于理想情況工作下的crm反激pfc變換器，變壓器原邊電流在變壓器副邊電流減小至零的時(shí)刻開始從零增加，在原邊開關(guān)管開通期間線性增加，在原邊開關(guān)管關(guān)斷期間保持為零，因此變壓器原邊電流在開關(guān)周期內(nèi)為斷續(xù)狀態(tài)。采用恒定導(dǎo)通時(shí)間控制的crm反激pfc變換器在一半線路周期內(nèi)導(dǎo)通時(shí)間恒定，因此變壓器原邊電流峰值可自動(dòng)跟蹤正弦變化的輸入線路電壓。但因?yàn)樽儔浩髟呺娏髟陂_關(guān)周期內(nèi)為斷續(xù)工作狀態(tài)，因此變換器輸入電流(變壓器原邊電流在開關(guān)周期內(nèi)的平均值等于變換器的輸入電流)不能跟蹤正弦變化的輸入線路電壓，導(dǎo)致輸入電流thd增加。針對(duì)該問(wèn)題，變導(dǎo)通時(shí)間的控制方法被用于補(bǔ)償變壓器原邊電流的斷續(xù)工作狀態(tài)引起的輸入電流畸變，現(xiàn)有變導(dǎo)通時(shí)間控制方法通過(guò)改變?cè)谝话刖€路周期內(nèi)的變壓器原邊電流的峰值包絡(luò)線，保證變壓器原邊電流在開關(guān)周期內(nèi)的平均值(即變換器的輸入電流)跟蹤正弦變化的輸入線路電壓，從而改善輸入電流畸變、降低輸入電流thd。

然而，現(xiàn)有變導(dǎo)通時(shí)間控制方法尚未考慮crm反激pfc變換器在實(shí)際工作中的諧振階段的影響。crm反激pfc變換器原邊開關(guān)管的零電壓開通與谷底開通的實(shí)現(xiàn)，依靠于變壓器原邊激磁電感和原邊開關(guān)管輸出結(jié)電容與副邊二極管寄生電容之間的諧振過(guò)程。在該諧振階段，變壓器原邊電流反向流入反激pfc變換器整流橋后側(cè)的輸入電容，導(dǎo)致變壓器原邊電流在開關(guān)周期內(nèi)的平均值不再正弦。即使采用現(xiàn)有的變導(dǎo)通時(shí)間控制方法，實(shí)際工作中的crm反激pfc變換器輸入電流仍會(huì)發(fā)生畸變。在一些對(duì)輸入電流諧波要求較高的場(chǎng)合，即使采用現(xiàn)有的變導(dǎo)通時(shí)間控制方法也較難滿足相關(guān)的諧波要求。

隨crm反激pfc變換器開關(guān)頻率范圍的提高，crm反激pfc變換器在實(shí)際中的諧振階段對(duì)輸入電流畸變的影響更加明顯，表現(xiàn)為輸入電流thd大幅增加，即使采用現(xiàn)有變導(dǎo)通時(shí)間控制方法，也很難使crm反激pfc變換器滿足對(duì)應(yīng)的諧波標(biāo)準(zhǔn)。因此，解決crm反激pfc變換器中諧振過(guò)程引起的輸入電流畸變已經(jīng)成為當(dāng)前電力電子技術(shù)發(fā)展中亟待解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種適用于crm反激pfc變換器的變導(dǎo)通時(shí)間控制方法，通過(guò)查表讀數(shù)與實(shí)時(shí)計(jì)算相結(jié)合的方式得到變換器原邊開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，并利用電壓誤差調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)實(shí)現(xiàn)在變換器全負(fù)載范圍內(nèi)自適應(yīng)的變導(dǎo)通時(shí)間控制。

本發(fā)明通過(guò)以下方案實(shí)施：

1.根據(jù)crm反激pfc變換器的輸入輸出參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)，包括：有效值輸入電壓urms、線路頻率fline、額定滿載功率po，輸出電壓vo，反激變壓器匝比n、反激變壓器原邊激磁感感值lm、原邊開關(guān)管輸出結(jié)電容cds、副邊二極管寄生電容cj，通過(guò)考慮crm反激pfc變換器實(shí)際工作中的諧振階段，根據(jù)各工作模態(tài)內(nèi)的階段時(shí)長(zhǎng)與變換器輸入側(cè)充放電電荷的分析結(jié)果，采用迭代方法，精確計(jì)算crm反激pfc變換器在一半線路周期內(nèi)h個(gè)等時(shí)間間隔時(shí)刻的導(dǎo)通時(shí)間數(shù)據(jù)(h一般為奇數(shù)且取值范圍為100～200，h根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選取，h越大精度越高)。例如：當(dāng)fline＝50hz，取定h＝101，則101個(gè)等時(shí)間間隔時(shí)刻分別為0ms、0.1ms、0.2ms、…9.8ms、9.9ms、10ms。h個(gè)等時(shí)間間隔時(shí)刻與計(jì)算出的h個(gè)導(dǎo)通時(shí)間數(shù)據(jù)構(gòu)成該輸入輸出條件下的變導(dǎo)通時(shí)間數(shù)據(jù)表，記為tonlut；

2.對(duì)輸入電壓的過(guò)零時(shí)刻進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并在輸入電壓過(guò)零時(shí)刻生成過(guò)零觸發(fā)信號(hào)；

3.設(shè)定位置變量i＝0；設(shè)定線路頻率fline的初值；設(shè)定定時(shí)器中斷頻率flut＝2×h×fline；保證后續(xù)操作按照f(shuō)lut頻率定時(shí)性地重復(fù)執(zhí)行；

4.進(jìn)入定時(shí)器中斷，判斷是否存在輸入電壓過(guò)零觸發(fā)信號(hào)，若不存在，直接進(jìn)行步驟5；否則計(jì)算當(dāng)前線路頻率fline，更新定時(shí)器中斷頻率flut＝2×h×fline，清除輸入電壓過(guò)零觸發(fā)信號(hào)，清零位置變量i；

5.設(shè)定i＝i+1，若i大于h則設(shè)定i＝1；

6.從tonlut中讀取第i個(gè)導(dǎo)通時(shí)間數(shù)據(jù)并記為tonlut(tc)；對(duì)變換器對(duì)整流輸入電壓與輸出電壓進(jìn)行采樣，分別得到采樣值vin(tc)與vo(tc)，vo(tc)與輸出基準(zhǔn)電平vref(vref可在1～2.5v范圍內(nèi)取值，例如vref＝2.0v)比較，比較值經(jīng)pi調(diào)節(jié)器后生成誤差信號(hào)tonerr(反激pfc變換器的電壓帶寬一般很低，僅有五分之一的線路頻率，所以tonerr在一半的線路周期內(nèi)基本保持不變)，根據(jù)表達(dá)式(1)計(jì)算該定時(shí)中斷周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間ton(tc)：

其中，n為crm反激pfc變換器的變壓器原副邊匝比；

7.結(jié)束并跳出當(dāng)前定時(shí)器中斷，等待下一個(gè)定時(shí)器中斷，重復(fù)步驟4；得到的ton(tc)同時(shí)用于控制反激變換器在當(dāng)前定時(shí)中斷周期內(nèi)原邊開關(guān)管的開通時(shí)長(zhǎng)。

crm反激pfc變換器通過(guò)激磁電流過(guò)零檢測(cè)(zerocurrentdetection,zcd)電路觸發(fā)原邊開關(guān)管開通，并產(chǎn)生原邊開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)上升沿；實(shí)時(shí)計(jì)算的ton(tc)則用于確定原邊開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)下降沿，因此原邊開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間跟隨ton(tc)的計(jì)算結(jié)果實(shí)時(shí)變化。

在上述實(shí)施步驟1中，精確獲取crm反激pfc變換器在某輸入輸出條件下所選時(shí)刻的導(dǎo)通時(shí)間的迭代計(jì)算方法，相比現(xiàn)有的變導(dǎo)通時(shí)間控制方法，考慮了crm反激pfc變換器實(shí)際工作過(guò)程中的電路諧振階段，包括變換器在各工作模態(tài)內(nèi)的階段時(shí)長(zhǎng)與變換器輸入側(cè)充放電電荷，具體實(shí)施步驟如下：

a)根據(jù)表達(dá)式(2)計(jì)算變換器在已知輸入輸出條件下的所選時(shí)刻tc的理想輸入電流iinideal(tc)：

其中po是額定滿載功率、urms是有效值輸入電壓、fline是線路頻率、tc是一半線路周期內(nèi)所選的需要計(jì)算導(dǎo)通時(shí)間數(shù)據(jù)的時(shí)刻；

b)設(shè)定導(dǎo)通時(shí)間初值ton，根據(jù)表達(dá)式(3)計(jì)算tc時(shí)刻開關(guān)周期ts內(nèi)變壓器原邊電流平均值ipavg(tc，ton)：

其中ip(tc，ton)是tc時(shí)刻開關(guān)周期內(nèi)、導(dǎo)通時(shí)間為ton條件下的變壓器原邊電流的函數(shù)，∑q是tc時(shí)刻開關(guān)周期內(nèi)各工作模態(tài)的輸入側(cè)充放電電荷總和，∑τ是tc時(shí)刻開關(guān)周期內(nèi)各工作模態(tài)的階段時(shí)長(zhǎng)總和，q1、q2、q3、q4、q5、τ1、τ2、τ3、τ4、τ5的具體結(jié)果見下面的表1和表2。

表1為vin≤nvo條件下crm反激pfc變換器的各工作模態(tài)下的階段時(shí)長(zhǎng)與原邊輸入側(cè)充放電電荷的分析結(jié)果；表2為vin>nvo條件crm反激pfc變換器的各工作模態(tài)下的階段時(shí)長(zhǎng)與原邊輸入側(cè)充放電電荷的分析結(jié)果。

表1vin≤nvo條件下各工作模態(tài)的階段時(shí)長(zhǎng)與原邊輸入側(cè)充放電電荷

表2vin>nvo條件下各工作模態(tài)的階段時(shí)長(zhǎng)與原邊輸入側(cè)充放電電荷

c)采用迭代計(jì)算方式不斷修正ton數(shù)值，直至得到tc時(shí)刻導(dǎo)通時(shí)間ton(tc)滿足表達(dá)式(4)，則ton(tc)即為對(duì)應(yīng)時(shí)刻所求的導(dǎo)通時(shí)間數(shù)據(jù)。

ipavg(tc,ton(tc))＝iinideal(tc)(4)

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的主要技術(shù)特點(diǎn)是：

1)本發(fā)明考慮crm反激pfc變換器在實(shí)際工作過(guò)程中諧振階段的影響，提出一種變導(dǎo)通時(shí)間控制方法，該控制方法使得crm反激pfc變換器可應(yīng)用于對(duì)輸入電流諧波要求較高的場(chǎng)合，并滿足當(dāng)前高頻化發(fā)展的需求。

2)利用電壓誤差調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)tonerr對(duì)存儲(chǔ)的單張導(dǎo)通時(shí)間數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)變換，可實(shí)現(xiàn)crm反激pfc變換器在全負(fù)載范圍內(nèi)變導(dǎo)通時(shí)間控制的自適應(yīng)調(diào)節(jié)。

3)本發(fā)明適用于對(duì)輸入電流thd性能有嚴(yán)格要求的crm反激pfc變換器或高頻crm反激pfc變換器，且可在全負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)變導(dǎo)通時(shí)間控制的自適應(yīng)調(diào)節(jié)。

附圖說(shuō)明

附圖1是本發(fā)明實(shí)施例一的控制流程圖。

附圖2-1、附圖2-2為考慮“變壓器原邊激磁電感l(wèi)m和原邊開關(guān)管輸出結(jié)電容cds與副邊二極管寄生電容cj諧振”的crm反激pfc變換器的工作波形。附圖2-1是原邊開關(guān)管在零電壓開通工作條件下的工作波形，圖2-2是原邊開關(guān)管在谷底開通工作條件下的工作波形。

圖3為所提crm反激pfc變換器的變導(dǎo)通時(shí)間控制方法在固定輸入條件(220vac/50hz)下一個(gè)實(shí)施例(實(shí)施例一)的原理圖。

附圖4為實(shí)施例一中數(shù)字控制器實(shí)時(shí)計(jì)算導(dǎo)通時(shí)間的邏輯執(zhí)行框圖。

附圖5-1為實(shí)施例一中額定滿載功率條件下基于本發(fā)明的變導(dǎo)通時(shí)間控制方法、恒導(dǎo)通時(shí)間控制方法與現(xiàn)有變導(dǎo)通時(shí)間控制方法的輸入電流仿真波形。

附圖5-2為實(shí)施例一中額定滿載功率條件下基于本發(fā)明的變導(dǎo)通時(shí)間控制方法、恒導(dǎo)通時(shí)間控制方法與現(xiàn)有變導(dǎo)通時(shí)間控制方法的導(dǎo)通時(shí)間仿真結(jié)果。

附圖6為實(shí)施例一中，在變負(fù)載條件下(20％、40％、60％、80％、100％)，基于本發(fā)明的變導(dǎo)通時(shí)間控制方法、恒導(dǎo)通時(shí)間控制方法與現(xiàn)有變導(dǎo)通時(shí)間控制方法的輸入電流thd曲線仿真結(jié)果。

附圖7為實(shí)施例二所提crm反激pfc變換器的變導(dǎo)通時(shí)間控制方法在通用輸入條件(90～264vac,47hz～63hz)下的原理圖。

附圖8為實(shí)施例二中數(shù)字控制器實(shí)時(shí)計(jì)算導(dǎo)通時(shí)間的邏輯執(zhí)行框圖。

附圖9-1為實(shí)施例二中基于本發(fā)明的變導(dǎo)通時(shí)間控制方法的輸入電流thd三維曲面(三個(gè)維度：輸入電流thd-輸出功率-有效值輸入線路電壓)。

附圖9-2為實(shí)施例二中基于恒導(dǎo)通時(shí)間控制方法的輸入電流thd三維曲面圖(三個(gè)維度：輸入電流thd-輸出功率-有效值輸入線路電壓)。

附圖9-3為實(shí)施例二中基于現(xiàn)有變導(dǎo)通時(shí)間控制方法的輸入電流thd三維曲面圖(三個(gè)維度：輸入電流thd-輸出功率-有效值輸入線路電壓)。

附圖中主要符號(hào)名稱：vgs—原邊開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)；ilm、ilm(t)—變壓器原邊激磁電感電流；vds—原邊開關(guān)管的漏源極電壓；ts—原邊開關(guān)管開關(guān)周期；ton—原邊開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間；vin—整理輸入電壓；vo—輸出電壓；n—變壓器原副邊匝比；iin—變換器輸入電流；cin—整流橋后側(cè)的輸入電容；lm—變壓器原邊激磁電感；ip(t)—變壓器原邊輸入電流；q—原邊開關(guān)管；cds—原邊開關(guān)管輸出結(jié)電容；d—副邊二極管；cj—副邊二極管寄生電容；cout—輸出濾波電容；rl—變換器輸出負(fù)載；adc1、adc2—模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器；ecap—捕獲單元；fline—線路頻率；h—計(jì)算變導(dǎo)通時(shí)間數(shù)據(jù)表時(shí)選取的等時(shí)間間隔時(shí)刻點(diǎn)個(gè)數(shù)；flut—定時(shí)器中斷頻率；tonlut(tc)—tc時(shí)刻從tonlut中讀取的導(dǎo)通時(shí)間；tonxv(tc)—tc時(shí)刻從tonxv(t)中讀取的導(dǎo)通時(shí)間；vin(tc)—tc時(shí)刻輸入線路電壓的采樣值；vo(tc)—tc時(shí)刻輸出電壓的采樣值；vref—輸出基準(zhǔn)電平；pi—電壓誤差調(diào)節(jié)器中比例積分環(huán)節(jié)；tonerr—電壓誤差調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)；ton(tc)—tc時(shí)刻的導(dǎo)通時(shí)間；vzcd—變壓器激磁電流過(guò)零檢測(cè)門檻電壓；reset—觸發(fā)開關(guān)管開通的重置信號(hào)；pwm—脈沖寬度調(diào)制。

具體實(shí)施方式

1.本發(fā)明考慮crm反激pfc變換器諧振階段的模態(tài)分析

本發(fā)明的crm反激pfc變換器主功率電路包括：整流橋、輸入電容cin、反激變壓器(原邊激磁電感為lm、原副邊匝比為n:1)、原邊開關(guān)管q(q的輸出結(jié)電容為cds)、副邊二極管d(d的寄生二極管為cj)、輸出電容cout、負(fù)載rl。功率電路在開關(guān)周期內(nèi)的諧振階段由lm和cds與cj參與完成。

附圖2-1、附圖2-2為考慮lm和cds與cj間諧振的crm反激pfc變換器工作波形。圖2-1是原邊開關(guān)管在零電壓開通條件下(此時(shí)輸入線路電壓vin低于n倍輸出電壓vo，n為反激變壓器的原副邊匝比)時(shí)的工作波形；圖2-2是原邊開關(guān)管在谷底開通開通條件下(此時(shí)vin高于n倍vo)時(shí)的工作波形。因?yàn)樽儞Q器在輸入線路電壓正、負(fù)周期內(nèi)的工作情況具有一致性，本小節(jié)以下僅給出變換器在輸入線路電壓正周期內(nèi)(即vin>0)的模態(tài)分析。

對(duì)應(yīng)附圖2-1，原邊開關(guān)管在零電壓開通條件下的工作模態(tài)分析：

[t0,t1]階段：變壓器原邊激磁感電流ilm在t0時(shí)刻為零，變壓器激磁電感l(wèi)m與原邊開關(guān)管的輸出結(jié)電容cds和副邊二極管的寄生電容cj之間發(fā)生諧振，變壓器原邊激磁感電流ilm對(duì)cds放電、對(duì)cj充電(cj充電通過(guò)變壓器原副邊耦合實(shí)現(xiàn))，此階段變壓器原邊電流反向流入整流橋后側(cè)的輸入電容cin，原邊開關(guān)管的漏源極電壓vds諧振下降；

[t1,t2]階段：vds在t1時(shí)刻降至零，原邊開關(guān)管在此刻開通實(shí)現(xiàn)零電壓開通，ilm在輸入線路電壓vin作用下以斜率vin/lm增加并在t2時(shí)刻增至零；

[t2,t3]階段：ilm在vin作用下以斜率vin/lm增加；

[t3,t4]階段：t3時(shí)刻原邊開關(guān)管關(guān)斷，lm與cds和cj之間發(fā)生諧振，ilm對(duì)cds充電、對(duì)cj放電(cj放電通過(guò)變壓器原副邊耦合實(shí)現(xiàn))，此時(shí)變壓器原邊電流正向流出cin，vds諧振增加；

[t4,t5]階段：在t4時(shí)刻vds諧振上升至vin+nvo，副邊二極管導(dǎo)通，變壓器副邊電流is在輸出電壓vo作用下以斜率n²×vo/lm減小(對(duì)應(yīng)ilm在折合電壓nvo作用下線性減小)，并在t5時(shí)刻線性減小至零。

t5時(shí)刻之后變換器進(jìn)入下一個(gè)工作周期。

對(duì)應(yīng)附圖2-2，原邊開關(guān)管在谷底開通條件下的工作模態(tài)分析：

[t0,t1]階段：ilm在t0時(shí)刻為零，lm與cds和cj之間發(fā)生諧振，ilm對(duì)cds放電、對(duì)cj充電(cj充電通過(guò)變壓器原副邊耦合實(shí)現(xiàn))，導(dǎo)致變壓器原邊電流反向流入cin，vds諧振下降；

[t1,t2]階段：vds在t1時(shí)刻諧振減小至谷底，原邊開關(guān)管在此刻開通實(shí)現(xiàn)谷底開通，ilm在vin作用下以斜率vin/lm增加；

[t2,t3]階段：t2時(shí)刻原邊開關(guān)管關(guān)斷，lm與cds和cj之間發(fā)生諧振，ilm對(duì)cds充電、對(duì)cj放電(cj放電通過(guò)變壓器原副邊耦合實(shí)現(xiàn))，vds諧振增加；

[t3,t4]階段：在t3時(shí)刻vds諧振上升至vin+nvo，副邊二極管導(dǎo)通，變壓器副邊電流is在輸出電壓vo作用下以斜率n²×vo/lm減小(對(duì)應(yīng)ilm在折合電壓nvo作用下線性減小)，并在t4時(shí)刻線性減小至零。

t4時(shí)刻之后變換器進(jìn)入下一個(gè)工作周期。

2.本發(fā)明crm反激pfc變換器各模態(tài)階段時(shí)長(zhǎng)與輸入側(cè)充放電電荷

在零電壓開通條件下，crm反激pfc變換器各模態(tài)的階段時(shí)長(zhǎng)與原邊輸入側(cè)充放電電荷分析結(jié)果見表1；在谷底開通條件下，crm反激pfc變換器各模態(tài)的階段時(shí)長(zhǎng)與原邊輸入側(cè)充放電電荷分析結(jié)果見表2。

表1在零電壓開通條件下階段時(shí)長(zhǎng)與原邊輸入側(cè)充放電電荷分析結(jié)果

表2在谷底開通條件下階段時(shí)長(zhǎng)與原邊輸入側(cè)充放電電荷分析結(jié)果

3.本發(fā)明crm反激pfc變換器的導(dǎo)通時(shí)間的迭代計(jì)算方法

所采用的crm反激pfc變換器導(dǎo)通時(shí)間的精確迭代計(jì)算方法，相比現(xiàn)有的變導(dǎo)通時(shí)間計(jì)算方法，考慮了crm反激pfc變換器實(shí)際工作過(guò)程中的電路諧振階段，包括變換器在各工作模態(tài)內(nèi)的階段時(shí)長(zhǎng)與變換器輸入側(cè)充放電電荷。已知crm反激pfc變換器的輸入輸出參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)：有效值輸入電壓urms、線路頻率fline、輸出電壓vo、額定滿載功率po、反激變壓器匝比n、反激變壓器原邊激磁感感值lm、原邊開關(guān)管輸出結(jié)電容cds、副邊二極管寄生電容cj，則在已知輸入輸出條件下所選時(shí)刻的導(dǎo)通時(shí)間的精確迭代計(jì)算方法通過(guò)以下步驟實(shí)施：

1.根據(jù)表達(dá)式(1)計(jì)算該輸入輸出條件下的所選時(shí)刻tc的理想輸入電流iinideal(tc)：

其中tc是一半線路周期內(nèi)所選的需要計(jì)算導(dǎo)通時(shí)間數(shù)據(jù)的時(shí)刻；

2.設(shè)定導(dǎo)通時(shí)間初值ton，根據(jù)表達(dá)式(2)計(jì)算在tc時(shí)刻開關(guān)周期ts內(nèi)變壓器原邊電流平均值ipavg(tc，ton’)：

其中ip(tc，ton)是tc時(shí)刻開關(guān)周期內(nèi)、導(dǎo)通時(shí)間為ton條件下的變壓器原邊電流的函數(shù)，∑q是tc時(shí)刻開關(guān)周期內(nèi)各工作模態(tài)的輸入側(cè)充放電電荷總和，∑τ是tc時(shí)刻開關(guān)周期內(nèi)各工作模態(tài)的階段時(shí)長(zhǎng)總和，q1、q2、q3、q4、q5、τ1、τ2、τ3、τ4、τ5見上述的表1和表2。

3.采用迭代計(jì)算方式(如常見的二分法)不斷修正ton數(shù)值，直至得到tc時(shí)刻導(dǎo)通時(shí)間ton(tc)滿足表達(dá)式(3)，即可得到所求的導(dǎo)通時(shí)間數(shù)據(jù)ton(tc)。

ipavg(tc,ton(tc))＝iinideal(tc)(3)

實(shí)施例一：

本發(fā)明在固定輸入條件下crm反激pfc變換器的變導(dǎo)通時(shí)間控制

圖1是本發(fā)明在固定輸入條件下crm反激pfc變換器的變導(dǎo)通時(shí)間的控制流程圖。圖3為本發(fā)明所提crm反激pfc變換器的變導(dǎo)通時(shí)間控制方法在固定輸入條件下的一個(gè)實(shí)施例。

已知本例中crm反激pfc變換器輸入輸出參數(shù)為220vac/50hz，額定滿載功率為po＝64w，輸出電壓vo＝24v。已知本例中crm反激pfc變換器的變壓器原邊激磁電感感值lm＝300μh、原副邊匝比n＝4、原邊開關(guān)管輸出結(jié)電容cds＝313pf、副邊二極管寄生電容cj＝50pf。

在一半工頻周期內(nèi)等時(shí)間間隔地選取101個(gè)時(shí)刻(h＝101)。考慮變換器的實(shí)際諧振階段，根據(jù)上述變換器各模態(tài)的階段時(shí)長(zhǎng)與變壓器原邊輸入側(cè)充放電荷的分析結(jié)果，采用上述精確迭代方法計(jì)算這101個(gè)時(shí)刻點(diǎn)對(duì)應(yīng)的導(dǎo)通時(shí)間，從而構(gòu)成crm反激pfc變換器在該輸入輸出條件下的變導(dǎo)通時(shí)間數(shù)據(jù)表tonlut，并將其預(yù)存在數(shù)字控制器中。

如附圖3所示，crm反激pfc變換器的變導(dǎo)通控制方式實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：

1.對(duì)輸入電壓過(guò)零時(shí)刻進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并在輸入電壓過(guò)零時(shí)刻生成過(guò)零觸發(fā)信號(hào)，數(shù)字控制器ecap模塊對(duì)該觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行捕獲；

2.設(shè)定查表操作的位置變量i＝0；設(shè)定線路頻率fline初值；設(shè)定定時(shí)器中斷頻率flut＝2×h×fline，保證后續(xù)操作按照f(shuō)lut頻率定時(shí)性地重復(fù)執(zhí)行；

3.數(shù)字控制器以頻率flut＝101×100hz(fline＝50hz)進(jìn)入定時(shí)器中斷；進(jìn)入定時(shí)器中斷后，判斷是否存在輸入電壓過(guò)零觸發(fā)信號(hào)，若不存在，直接進(jìn)行步驟4；否則計(jì)算當(dāng)前線路頻率fline，更新定時(shí)器中斷頻率flut＝2×h×fline，清除輸入電壓過(guò)零觸發(fā)信號(hào)，清零查表操作的位置變量i；

4.更新查表操作的位置變量，設(shè)定i＝i+1，若i大于h則設(shè)定i＝1；

5.從tonlut中讀取第i個(gè)導(dǎo)通時(shí)間數(shù)據(jù)并記為tonlut(tc)，變換器的整流輸入電壓與輸出電壓經(jīng)數(shù)字控制器的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣(其中輸出電壓采樣經(jīng)過(guò)隔離采樣環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)原副邊隔離)，分別得到采樣值vin(tc)與vo(tc)，vo(tc)與輸出基準(zhǔn)電平vref(本例中基準(zhǔn)電平vref設(shè)定為2.0v)比較，比較值經(jīng)pi調(diào)節(jié)器后生成誤差信號(hào)tonerr(反激pfc變換器的電壓帶寬一般很低，僅有五分之一的線路頻率，所以tonerr在一半的線路周期內(nèi)基本保持不變)，根據(jù)表達(dá)式(4)計(jì)算該定時(shí)中斷周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間ton(tc)：

其中，n為crm反激pfc變換器的變壓器原副邊匝比；

6.結(jié)束并跳出當(dāng)前定時(shí)器中斷，等待下一個(gè)定時(shí)器中斷，重復(fù)步驟3；得到的ton(tc)同時(shí)用于控制反激變換器在當(dāng)前定時(shí)中斷周期內(nèi)原邊開關(guān)管的開通時(shí)長(zhǎng)。

數(shù)字控制器對(duì)反激變壓器耦合繞組的輸出端(輸出端應(yīng)該與反激變壓器原邊側(cè)和開關(guān)管的連接點(diǎn)位置保持為同名端連接，本例中輔助繞組與變壓器原邊繞組的匝數(shù)比為1：35)信號(hào)進(jìn)行采樣，當(dāng)其低于設(shè)定的過(guò)零檢測(cè)(zcd)電平時(shí)(本例中設(shè)定為vzcd＝0.8v)，產(chǎn)生reset信號(hào)(原邊開關(guān)管應(yīng)在此時(shí)刻開通)；數(shù)字控制器pwm模塊根據(jù)reset信號(hào)的產(chǎn)生時(shí)刻確定原邊開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)的上升沿，同時(shí)根據(jù)計(jì)算得到的ton(tc)確定原邊開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)在當(dāng)前定時(shí)中斷內(nèi)的下降沿，產(chǎn)生的pwm信號(hào)送入驅(qū)動(dòng)電路，從而驅(qū)動(dòng)原邊開關(guān)管動(dòng)作。因此原邊開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間將跟隨ton(tc)的計(jì)算結(jié)果在一半線路周期內(nèi)實(shí)時(shí)變化。

上述變導(dǎo)通時(shí)間控制過(guò)程在輸入電壓為正的線路周期與輸入電壓為負(fù)的線路周期內(nèi)完全相同(輸入電壓為正負(fù)對(duì)稱的交流量，在線路周期內(nèi)一半為正、一半為負(fù))。

附圖4給出實(shí)施例一中數(shù)字控制器計(jì)算變導(dǎo)通時(shí)間ton(tc)的邏輯執(zhí)行框圖。

測(cè)試實(shí)例一：

附圖5-1給出實(shí)施例一中額定滿載功率條件下輸入電流的仿真結(jié)果，作為對(duì)比，同時(shí)給出額定滿載功率條件下基于恒導(dǎo)通時(shí)間控制與現(xiàn)有變導(dǎo)通時(shí)間控制下的輸入電流的仿真結(jié)果；

附圖5-2給出本例中額定滿載功率條件下導(dǎo)通時(shí)間曲線的仿真結(jié)果，作為對(duì)比，同時(shí)給出額定滿載功率條件下基于恒導(dǎo)通時(shí)間控制與現(xiàn)有變導(dǎo)通時(shí)間控制下的導(dǎo)通時(shí)間曲線的仿真結(jié)果。

根據(jù)額定滿載功率條件下的仿真結(jié)果，盡管現(xiàn)有變導(dǎo)通時(shí)間控制相比恒導(dǎo)通時(shí)間控制改善了輸入電流波形，但仍存在一定的過(guò)零畸變；而本發(fā)明所提變導(dǎo)通時(shí)間控制方式可在輸入電壓過(guò)零附近顯著增加導(dǎo)通時(shí)間，從而完全彌補(bǔ)諧振階段引起的過(guò)零畸變，實(shí)現(xiàn)完全正弦的輸入電流。

附圖6給出變負(fù)載條件下(20％、40％、60％、80％、100％)，實(shí)施例一中基于所提變導(dǎo)通時(shí)間控制方法、恒導(dǎo)通時(shí)間控制方法與現(xiàn)有變導(dǎo)通時(shí)間控制方法的輸入電流thd曲線結(jié)果?？梢?，相比恒導(dǎo)通時(shí)間控制與現(xiàn)有變導(dǎo)通時(shí)間控制，本發(fā)明所提變導(dǎo)通時(shí)間控制可顯著降低輸入電流thd，并且在全負(fù)載范圍內(nèi)均實(shí)現(xiàn)極低輸入電流thd，實(shí)現(xiàn)了變負(fù)載條件的自適應(yīng)控制。

實(shí)施例二：

本發(fā)明在通用輸入條件下crm反激pfc變換器的變導(dǎo)通時(shí)間控

制

附圖7為所提crm反激pfc變換器的變導(dǎo)通時(shí)間控制方法在通用輸入條件(90～264vac,47hz～63hz)下的一個(gè)實(shí)施例。已知本例中crm反激pfc變換器的輸入輸出參數(shù)為：90v～264vac有效值輸入、47hz～63hz工頻頻率，輸出電壓vo＝24v、額定滿載功率po＝64w。本例中變壓器原邊激磁電感感值lm＝300μh、原副邊匝比n＝4、原邊開關(guān)管輸出結(jié)電容cds＝313pf、副邊二極管寄生電容cj＝50pf。

為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，本例選擇若干有效值輸入線路電壓計(jì)算對(duì)應(yīng)的變導(dǎo)通時(shí)間數(shù)據(jù)表，計(jì)算方法如前述，包括90v、100v、110v、120v、130v、140v、150v、160v、170v、180v、190v、200v、210v、220v、230v、240v、250v、260v，計(jì)算得到的變導(dǎo)通時(shí)間數(shù)據(jù)表分別記為ton90v、ton100v、ton110v、ton120v、ton130v、ton140v、ton150v、ton160v、ton170v、ton180v、ton190v、ton200v、ton210v、ton220v、ton230v、ton240v、ton250v、ton260v。每張表中的導(dǎo)通時(shí)間數(shù)據(jù)為h個(gè)(本例中h＝101)。將計(jì)算得到的多張變導(dǎo)通時(shí)間數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)在數(shù)字控制器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中。其余未在上述數(shù)值內(nèi)的有效值輸入線路電壓下的變導(dǎo)通時(shí)間數(shù)據(jù)表基于就近原則采用上述已有的變導(dǎo)通時(shí)間數(shù)據(jù)表。例如，有效值輸入線路電壓為93vac，則選擇ton90v作為93vac輸入條件下變導(dǎo)通時(shí)間數(shù)據(jù)表，有效值輸入線路電壓為228vac，則選擇ton230v作為228vac輸入條件下變導(dǎo)通時(shí)間數(shù)據(jù)表。

如附圖7所示，crm反激pfc變換器的變導(dǎo)通控制方式實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：

1.對(duì)輸入電壓過(guò)零時(shí)刻進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并在輸入電壓過(guò)零時(shí)刻生成過(guò)零觸發(fā)信號(hào)，數(shù)字控制器ecap模塊對(duì)該觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行捕獲；

2.設(shè)定查表操作的位置變量i＝0；設(shè)定線路頻率fline初值；設(shè)定定時(shí)器中斷頻率flut＝2×h×fline；保證后續(xù)操作按照f(shuō)lut頻率定時(shí)性地重復(fù)執(zhí)行；

3.數(shù)字控制器以頻率flut進(jìn)入定時(shí)器中斷；進(jìn)入定時(shí)器中斷后，判斷是否存在輸入電壓過(guò)零觸發(fā)信號(hào)，若不存在，直接進(jìn)行步驟4；否則計(jì)算當(dāng)前線路頻率fline(實(shí)際的線路頻率可能在47hz～63hz范圍內(nèi)變化)，更新定時(shí)器中斷頻率，清除輸入電壓過(guò)零觸發(fā)信號(hào)，清零查表操作的位置變量i；

4.更新查表操作的位置變量，設(shè)定i＝i+1，若i大于h則設(shè)定i＝1；

5.變換器的整流輸入電壓經(jīng)數(shù)字控制器的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣，得到采樣值vin(tc)，并計(jì)算當(dāng)前有效值輸入電壓urms(實(shí)際的有效值輸入電壓可能在90～264vac范圍內(nèi)變化)，從而就近選取上述已有的變導(dǎo)通時(shí)間數(shù)據(jù)表tonxv作為當(dāng)前實(shí)際輸入電壓條件下的待查變導(dǎo)通時(shí)間數(shù)據(jù)表tonxv。

6.從tonxv中讀取第i個(gè)導(dǎo)通時(shí)間數(shù)據(jù)并記為tonlut(tc)，變換器的輸出電壓經(jīng)數(shù)字控制器的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣(其中輸出電壓采樣經(jīng)過(guò)隔離采樣環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)原副邊隔離)，得到采樣值與vo(tc)，vo(tc)與輸出基準(zhǔn)電平vref(本例中基準(zhǔn)電平vref設(shè)定為1.8v)比較，比較值經(jīng)pi調(diào)節(jié)器后生成誤差信號(hào)tonerr，數(shù)字控制器根據(jù)表達(dá)式(5)計(jì)算該定時(shí)中斷周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間ton(tc)：

7.結(jié)束并跳出當(dāng)前定時(shí)器中斷，等待下一個(gè)定時(shí)器中斷，重復(fù)步驟3；得到的ton(tc)同時(shí)用于控制反激變換器在當(dāng)前定時(shí)中斷周期內(nèi)原邊開關(guān)管的開通時(shí)長(zhǎng)。

數(shù)字控制器對(duì)反激變壓器耦合繞組的輸出端(輸出端應(yīng)與反激變壓器原邊側(cè)和開關(guān)管的連接點(diǎn)位置保持為同名端連接，本例中輔助繞組與變壓器原邊繞組的匝數(shù)比為1：40)信號(hào)進(jìn)行采樣，當(dāng)其低于設(shè)定的過(guò)零檢測(cè)(zcd)電平(本例中設(shè)定為vzcd＝0.5v)時(shí)，產(chǎn)生reset信號(hào)(原邊開關(guān)管應(yīng)在此時(shí)刻開通)；pwm模塊根據(jù)reset信號(hào)的產(chǎn)生時(shí)刻確定原邊開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)的上升沿，同時(shí)根據(jù)計(jì)算得到的ton(tc)確定原邊開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)的下降沿，產(chǎn)生的pwm信號(hào)送入驅(qū)動(dòng)電路從而驅(qū)動(dòng)原邊開關(guān)管動(dòng)作。因此原邊開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間將跟隨每個(gè)定時(shí)中斷內(nèi)計(jì)算的ton(tc)在一半線路周期內(nèi)實(shí)時(shí)變化，且更新頻率為定時(shí)器中斷頻率。

上述變導(dǎo)通時(shí)間控制過(guò)程在輸入電壓為正的線路周期與輸入電壓為負(fù)的線路周期內(nèi)完全相同(輸入電壓為正負(fù)對(duì)稱的交流量，在線路周期內(nèi)一半為正、一半為負(fù))。

附圖8給出實(shí)施例二中數(shù)字控制器計(jì)算變導(dǎo)通時(shí)間ton(tc)的邏輯執(zhí)行框圖。

測(cè)試實(shí)例二：

附圖9-1給出實(shí)施例二中基于所提變導(dǎo)通時(shí)間控制方法的在通用輸入線路電壓(90v～264vac,47～63hz)內(nèi)、輕載至滿載變載條件下所計(jì)算出的輸入電流thd三維曲面；

作為對(duì)比，附圖9-2，給出基于恒導(dǎo)通時(shí)間控制方法的在通用輸入線路電壓(90v～264vac,47～63hz)內(nèi)、輕載至滿載變載條件下所計(jì)算出的輸入電流thd三維曲面；

附圖9-3給出基于現(xiàn)有變導(dǎo)通時(shí)間控制方法的在通用輸入線路電壓(90v～264vac,47～63hz)內(nèi)、輕載至滿載變載條件下所計(jì)算出的輸入電流thd三維曲面。

可見，相比恒導(dǎo)通時(shí)間控制與現(xiàn)有變導(dǎo)通時(shí)間控制，基于本發(fā)明所提變導(dǎo)通時(shí)間控制，可在通用輸入線路電壓內(nèi)、輕載至滿載變載條件下顯著降低輸入電流thd。