一種面向交錯(cuò)并聯(lián)pfc的雙獨(dú)立電流環(huán)路數(shù)字控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及開(kāi)關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種面向交錯(cuò)并聯(lián)PFC的雙獨(dú)立電流環(huán) 路數(shù)字控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 交錯(cuò)并聯(lián)PFC是中大功率等級(jí)PFC場(chǎng)合應(yīng)用的首選拓?fù)洌蓛蓚€(gè)單相BOOSTPFC 電路交錯(cuò)并聯(lián)構(gòu)成，兩路紋波相互抵消，輸入的總紋波電流大大減少，簡(jiǎn)化了濾波器設(shè)計(jì)， 同時(shí)交錯(cuò)并聯(lián)PFC每一相的功率是總功率的一半，便于器件選型及優(yōu)化。交錯(cuò)并聯(lián)PFC的 環(huán)路控制是關(guān)鍵，BOOST拓?fù)涞沫h(huán)路特性與占空比及負(fù)載有關(guān)，導(dǎo)致寬輸入電壓范圍的PFC 環(huán)路補(bǔ)償參數(shù)難以整定，低輸入電壓段的環(huán)路控制參數(shù)不一定適用高輸入電壓段。
[0003] 傳統(tǒng)模擬控制電路環(huán)路補(bǔ)償?shù)姆椒▎我?，在整個(gè)輸入電壓范圍內(nèi)只有一組環(huán)路控 制參數(shù)，輸入電壓跳變或切換時(shí)，環(huán)路會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定情況，導(dǎo)致輸入電流波形畸變，輸入電 流波形沒(méi)能有效跟蹤輸入電壓波形，功率因數(shù)低，總諧波失真度高。環(huán)路特性受負(fù)載的影響 以及電流采樣電阻的功率限制，采樣總的輸入電流實(shí)現(xiàn)電流內(nèi)環(huán)控制往往要降額使用，影 響了低壓段功率密度的提升。此外，兩相開(kāi)關(guān)管及驅(qū)動(dòng)電路不可能完全一樣，流過(guò)兩相的電 流有差異，只采樣總的輸入電流無(wú)法實(shí)現(xiàn)電流自動(dòng)平衡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明提供一種面向交錯(cuò)并聯(lián)PFC的雙獨(dú) 立電流環(huán)路數(shù)字控制方法。
[0005] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] 一種面向交錯(cuò)并聯(lián)PFC的雙獨(dú)立電流環(huán)路數(shù)字控制方法，所述雙獨(dú)立電流環(huán)路包 括依次連接的采樣模塊、選擇判斷模塊、電流環(huán)及DPWM模塊，還包括電壓環(huán)，所述選擇判斷 模塊具體控制過(guò)程包括如下步驟：
[0007] 第一步電路初始化，記輸入電壓最小值為Vin_min，輸入電壓最大值為Vin_max， 采集模塊采集PFC主電路輸入電壓輸出到選擇判斷模塊；
[0008]第二步選擇判斷模塊選擇參數(shù)V,Vb，將輸入電壓范圍分成三段， 85Vac<Va<Vb<264Vac；
[0009] 第三步若Vin_min〈Vin〈 =Va，則選擇第一組控制參數(shù)；若Va〈Vin〈 =Vb，則選擇 第二組控制參數(shù)；若Vb〈Vin〈 =Vin_max，則選擇第三組控制參數(shù)；否則，返回第一步；
[0010] 第四步將所選擇的控制參數(shù)輸入到電流環(huán)控制器。
[0011] 所述電流環(huán)包括兩個(gè)獨(dú)立的電流環(huán)控制器，所述兩個(gè)獨(dú)立的電流環(huán)控制器在同一 電壓段下電流基準(zhǔn)相同并且控制參數(shù)相同。
[0012] 所述電流環(huán)控制器還包括一個(gè)a調(diào)整參數(shù)的PID控制器。
[0013] 所述控制參數(shù)是指電流環(huán)控制器中的比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)及調(diào)整參數(shù) a〇
[0014] 所述采樣模塊用于采樣輸出電壓檢測(cè)信號(hào)、輸入電壓檢測(cè)信號(hào)和每一相開(kāi)關(guān)電流 檢測(cè)信號(hào)。
[0015] 本發(fā)明的有益效果：
[0016] (1)實(shí)現(xiàn)輸入電壓分段控制，改善了整個(gè)輸入電壓范圍內(nèi)的環(huán)路特性；
[0017] (2)實(shí)現(xiàn)輸入電流有效跟蹤輸入電壓，提高功率因數(shù)并降低總諧波失真；
[0018] (3)采樣兩相開(kāi)關(guān)電流，采用雙電流環(huán)路，每個(gè)環(huán)路單獨(dú)控制一個(gè)相，兩個(gè)電流環(huán) 路共用相同的電流基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)電流自動(dòng)平衡；
[0019] (4)省去輸入電流回路的電流采樣電阻，PFC無(wú)需降額使用。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1是本發(fā)明的工作流程圖；
[0021] 圖2是本發(fā)明的電流環(huán)控制器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖3是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明數(shù)字控制方法的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不 限于此。
[0024] 實(shí)施例
[0025] 一種面向交錯(cuò)并聯(lián)PFC的雙獨(dú)立電流環(huán)路數(shù)字控制方法，如圖3所示，所述雙獨(dú)立 電流環(huán)路包括采樣模塊、選擇判斷模塊、電流環(huán)、電壓環(huán)及DPWM模塊。
[0026] 米樣模塊米樣PFC主電路輸入電壓、輸出電壓和開(kāi)關(guān)電流，選擇判斷模塊根據(jù)輸 入電壓范圍選取不同控制參數(shù)，電壓環(huán)路輸出提供電流環(huán)基準(zhǔn)信號(hào)，與開(kāi)關(guān)電流信號(hào)產(chǎn)生 電流環(huán)輸入誤差信號(hào)，電流環(huán)路由兩個(gè)相同的獨(dú)立電流環(huán)控制器構(gòu)成，產(chǎn)生控制信號(hào)送到 DPWM模塊生成兩路驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)交錯(cuò)并聯(lián)PFC開(kāi)關(guān)管。
[0027] 如圖1所示，為本發(fā)明控制方法的流程圖。為了改善不同輸入電壓段的環(huán)路特性， 采樣PFC主電路的輸入電壓Vin，記輸入電壓最小值為Vin_min，輸入電壓最大值為Vin_ max，Va和Vb將整個(gè)輸入電壓范圍分成三段，所述85Vac〈Va〈Vb〈264Vac;判斷輸入電壓范圍 而選擇不同控制參數(shù)。若Vin_min〈Vin〈 =Va，則選擇第一組控制參數(shù)；若Va〈Vin〈 =Vb， 則選擇第二組控制參數(shù)；若Vb〈Vin〈 =Vin_max，則選擇第三組控制參數(shù)；否則，返回繼續(xù)。
[0028] 如圖2所示，為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的適用于交錯(cuò)并聯(lián)PFC電路的雙獨(dú)產(chǎn)電流控制環(huán)路原 理圖，所述電流環(huán)包括兩個(gè)獨(dú)立且結(jié)構(gòu)相同的電流環(huán)控制器，其包括模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、PID控 制器和數(shù)字脈寬調(diào)制模塊，所述采用雙電流環(huán)路，檢測(cè)兩相開(kāi)關(guān)電流，每一電流環(huán)路單獨(dú)控 制一個(gè)相，兩個(gè)電流環(huán)路共用相同的電流基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)電流自動(dòng)平衡。輸出電壓V。經(jīng)過(guò)模數(shù) 轉(zhuǎn)換器后與參考電壓作差，誤差信號(hào)送到比例-積分（PI)調(diào)節(jié)器產(chǎn)生電壓外環(huán)輸出信號(hào)； 輸入電壓Vin經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入電壓檢測(cè)信號(hào)作均方根的平方的倒數(shù)運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果 與電壓外環(huán)輸出信號(hào)作乘法運(yùn)算，所得結(jié)果與輸入電壓檢測(cè)信號(hào)送到帶有增益Km的乘法 器，產(chǎn)生的結(jié)果作為兩個(gè)電流內(nèi)環(huán)的參考信號(hào)；經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器兩相開(kāi)關(guān)電流與電流內(nèi)環(huán) 參考信號(hào)作差，經(jīng)過(guò)PID控制器，產(chǎn)生的電流內(nèi)環(huán)輸出信號(hào)送到數(shù)字脈寬調(diào)制模塊，產(chǎn)生數(shù) 字PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)兩相開(kāi)關(guān)管，兩路數(shù)字PWM信號(hào)交錯(cuò)控制開(kāi)關(guān)管。
[0029] 本發(fā)明原理：交錯(cuò)并聯(lián)PFC由BOOSTPFC并聯(lián)構(gòu)成，BOOST電路特性跟負(fù)載及占空 比有關(guān)。輸出功率恒定時(shí)，輸入電壓的改變會(huì)影響占空比及輸入電流，使得在整個(gè)輸入電壓 范圍內(nèi)，環(huán)路參數(shù)的設(shè)置非常困難。交錯(cuò)并聯(lián)PFC應(yīng)用方案要求輸入電壓在很寬范圍內(nèi)滿 足功率因數(shù)校正功能，電壓外環(huán)控制產(chǎn)生的信號(hào)將作為電流內(nèi)環(huán)的參考信號(hào)的一部分，故 在工頻周期內(nèi)，要求電流內(nèi)環(huán)比較快和電壓外環(huán)非常慢。電流內(nèi)環(huán)要求快速性，是控制環(huán)路 補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵，如果參數(shù)整定不合理，將實(shí)現(xiàn)不了輸入電流跟蹤輸入電壓。根據(jù)不同輸入特性 選擇不同的環(huán)路參數(shù)，可以獲得良好的環(huán)路特性。因?yàn)閷捿斎腚妷悍秶脑?，在低壓段時(shí) 輸入電流比較大，難以選取電流取樣電阻，必須降額使用才能滿足要求，且采樣輸入電流， 實(shí)現(xiàn)電流自動(dòng)平衡比較困難。
[0030] 根據(jù)不同輸入電壓段而選取的控制參數(shù)為電流環(huán)控制器參數(shù)，電流環(huán)控制器增加 了一個(gè)a調(diào)整參數(shù)的PID控制器，其在數(shù)字域的表達(dá)式為
[0031]
[0032] 其中，Kp、&和Kd分別為比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)，E(z)為誤差信號(hào)，U(z) 為控制器輸出信號(hào)。a調(diào)整參數(shù)的作用是調(diào)整零極點(diǎn)位置來(lái)改善環(huán)路特性。
[0033] 該控制方法無(wú)需采樣電阻檢測(cè)總的輸入電流，僅需兩個(gè)放置于開(kāi)關(guān)管正上方的CT 用于檢測(cè)開(kāi)關(guān)電流。CT檢測(cè)的電流只是電感電流的上升部分，然而每個(gè)電流環(huán)路都控制平 均電感電流，仍然在PWM導(dǎo)通的中間位置對(duì)CT電流信號(hào)進(jìn)行采樣，它是一個(gè)瞬時(shí)值。僅當(dāng) 電流連續(xù)時(shí)，采樣的開(kāi)關(guān)電流才等于PFC平均電感電流，當(dāng)電流變得不連續(xù)時(shí)Is不等于PFC 平均電感電流。為了控制平均電感電流，共同適用于CCM和DCM模式下的采樣13的中間點(diǎn) 與開(kāi)關(guān)期間的平均電感電流之間的關(guān)系推導(dǎo)如下：
[0034] 對(duì)于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的BOOST電路來(lái)說(shuō)，根據(jù)伏秒平衡法則有
[0035] taXVin=tbX(V0-Vin)
[0036] 其中，1為電感電流上升時(shí)間，tb為電感電流下降時(shí)間，Vin為輸入電壓，V。為輸出 電壓，并假設(shè)所有功率器件為理想狀況，可以由is計(jì)算出平均電感電流IavS
[0037]
[0038] 其中，Ts為開(kāi)關(guān)周期，聯(lián)立上述兩個(gè)式子獲得
[0039]
[0040] 利用方程式可以通過(guò)瞬時(shí)開(kāi)關(guān)電流Is解釋平均電感電流Iav。Iav為期望電流，Is 為電流控制環(huán)路的電流基準(zhǔn)。檢測(cè)出真實(shí)瞬時(shí)開(kāi)關(guān)電流，然后與該基準(zhǔn)比較，最后將誤差發(fā) 送至電流控制環(huán)路。
[0041] 對(duì)輸入電壓采樣并根據(jù)不同電壓段調(diào)用的不同控制參數(shù)給兩個(gè)電流環(huán)路控制器， 這兩個(gè)獨(dú)立電流環(huán)在同一電壓段下的控制器參數(shù)是一樣的；本發(fā)明提出的方法就是基于此 雙獨(dú)立電流控制環(huán)路的，這里還是希望要提到雙獨(dú)立環(huán)的控制原理，目前開(kāi)關(guān)電源模擬控 制是主導(dǎo)，目前沒(méi)找到在數(shù)字控制上是這樣實(shí)現(xiàn)的；采用本方法，更多的是改善環(huán)路特性， 就是通過(guò)采樣輸入電壓，根據(jù)不同電壓段分別提供三組不同的控制參數(shù)。
[0042] 上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種面向交錯(cuò)并聯(lián)PFC的雙獨(dú)立電流環(huán)路數(shù)字控制方法，所述雙獨(dú)立電流環(huán)路包括 依次連接的采樣模塊、選擇判斷模塊、電流環(huán)及DPWM模塊，還包括電壓環(huán)，其特征在于，所 述選擇判斷模塊具體控制過(guò)程包括如下步驟： 第一步電路初始化，記輸入電壓最小值為Vin min，輸入電壓最大值為Vin max，采集模塊采 集PFC主電路輸入電壓輸出到選擇判斷模塊； 第二步選擇判斷模塊選擇參數(shù)V，V b，將輸入電壓范圍分成三段， 85Vac<Va<Vb<264Vac ； 第三步若Vin_min〈Vin〈 = Va，則選擇第一組控制參數(shù)；若Va〈Vin〈 = Vb，則選擇第二 組控制參數(shù)；若Vb〈Vin〈 = Vin_max，則選擇第三組控制參數(shù)；否則，返回第一步； 第四步將所選擇的控制參數(shù)輸入到電流環(huán)控制器。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述電流環(huán)包括兩個(gè)獨(dú)立的電流環(huán) 控制器，所述兩個(gè)獨(dú)立的電流環(huán)控制器在同一電壓段下電流基準(zhǔn)相同并且控制參數(shù)相同。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述電流環(huán)控制器還包括一個(gè)a調(diào) 整參數(shù)的PID控制器。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制參數(shù)是指電流環(huán)控制器中 的比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)及調(diào)整參數(shù)a。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述采樣模塊用于采樣輸出電壓檢 測(cè)信號(hào)、輸入電壓檢測(cè)信號(hào)和每一相開(kāi)關(guān)電流檢測(cè)信號(hào)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種面向交錯(cuò)并聯(lián)PFC的雙獨(dú)立電流環(huán)路數(shù)字控制方法，雙獨(dú)立電流環(huán)路包括采樣模塊、選擇判斷模塊、電流環(huán)及DPWM模塊及電壓環(huán)，所述選擇判斷模塊具體控制過(guò)程是電路初始化，記輸入電壓最小值及輸入電壓最大值，采集模塊采集PFC主電路輸入電壓輸出到選擇判斷模塊；選擇判斷模塊選擇參數(shù)Va和Vb，將輸入電壓范圍分成三段，判斷輸入電壓處于不同的電壓段，從而選擇不同的環(huán)路參數(shù)，改善環(huán)路特性，使得輸入電流有效跟蹤輸入電壓。
【IPC分類(lèi)】H02M3/156, H02M1/42
【公開(kāi)號(hào)】CN104883060
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510274990
【發(fā)明人】馮穎, 梁土福, 杜娟, 陳新開(kāi), 蘇春翌
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年9月2日
【申請(qǐng)日】2015年5月26日