[实用新型]一种宽负载范围的功率因数校正变换器

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子变换器技术领域，尤其是一种宽负载范围的功率因数校正变换器。

背景技术

在众多电力电子拓扑中，Boost变换器因其拓扑结构简单、变换效率高、控制策略易实现等优点，被广泛用作PFC电路。Boost变换器根据电感电流是否连续可分为连续导通模式(CCM)、临界连续导通模式(CRM)和断续导通模式(DCM)三种。固定负载的Boost功率因数校正(PFC)变换器根据输出功率的大小选择电感电流工作的模式。全工频周期内均工作于断续导通模式的BoostPFC变换器一般适用于小功率场合。当工作在中、大功率场合，变换器一般根据CCM模式设计电路参数，但要满足工作于CCM模式的条件是输出功率须达到一定值。当负载变轻时将导致输入电流的减小，这时电感将无法保持持续工作在CCM模式，工频周期内一段时间工作在DCM模式，一段时间工作在CCM模式，这种工作模式称为混合导通模式(MixedConductionMode，MCM)。负载继续减小时，电感基本工作在DCM模式。通常情况下，CCM、DCM均有适合相应工作模式的控制算法，这些算法都具有一定的局限性，当工作在不合适的模式时将会导致严重的电流畸变，造成系统不稳定。解决办法是更换合适的算法或者找到造成电流畸变的原因并作相应的改进。

有研究人员提出变换器工作在CCM模式下采用预测电流控制策略，在DCM模式时采用改进的预测电流控制策略，当工作在MCM模式时增加模式判别即可实现宽负载范围内工作。但是由于DCM预测电流控制缺少电流环且对电路参数变化敏感，难以实现稳定和精准的控制。

发明内容

综上所述，本发明是基于对平均电流控制策略工作在DCM时进行改进，并增加工作模式判断判据设计了一种变换器可以从零到满载均能有高功率因数与低THD。具体技术方案如下：

1.一种宽负载范围的功率因数校正变换器，由主电路1和控制电路2组成，主电路1包括：AC交流源3，整流桥电路4，Boost电路5，负载6；控制电路2包括：电感电流采样校正模块7，平均电流控制模块8，占空比前馈补偿模块9，工作模式判别模块10，PWM模块11；各元器件的连接关系：AC交流源3的输出接整流桥4的输入经过整流桥后变成馒头波，作为Boost电路5的输入端，负载6并联在Boost电路5输出电容Co的两端。

2.主电路1的Boost电路5的拓扑结构包括AC交流源(3kVA调压器)，四个普通硅二极管D1、D2、D3和D4构成的不控整流桥电路(GBJ1510)，输入高频滤波电容Cin(CBB电容，630V/474nF)，升压电感L(PQ铁氧体磁芯)，开关管MOSFET(SPP20N60C3)，续流二极管D(SiC二极管)，输出滤波电容Co(电解电容，450V/1000uF)，纯电阻负载RL(负载箱)，AC交流源的一端接不控整流桥的二极管D1的阳极，另一端接二极管D2的阳极；二极管D1的阳极与二极管D3的阴极相连，二极管D2的阳极与二极管D4的阴极相连，二极管D1、D2的阴极相连，二极管D3、D4的阳极相连；输入高频滤波电容Cin的一端与二极管D1、D2的阴极相连接，另一端与二极管D3、D4的阳极相连接；与二极管D1、D2的阴极连接的Cin端和升压电感的一端相连接，电感的另一端和续流二极管D的阳极以及MOSFET的漏极相连接；MOSFET的源极与二极管D3、D4的阳极以及输出滤波电容Co的负极相连接；续流二极管D的阴极与输出滤波电容Co的正极相连接；输出滤波电容Co的负极接地。电阻负载RL的正极与Co的正极相连接，RL的负极与Co的负极相连接。

3.控制电路2采用DSP数字控制，从Boost电路5获得的采样信号iL、vo、vg和占空比信号d作为采样校正模块7的输入，采样校正模块7得到校正后的电感电流提供给平均电流控制模块8电流环的输入，平均电流控制模块8的输出作为占空比的分量提供给d；从Boost电路5获得的采样信号vo、vg和从平均电流控制模块8得到的电压环的输出vpi提供给占空比前馈控制模块9的输入，占空比前馈控制模块9的输出经过工作模式判别模块10将CCM与DCM前馈量的较小值作为占空比的另一分量提供给d，最后得到的d作为PWM模块11的输入经PWM转换后由DSP输出给Boost电路5开关管的门极控制MOSFET的开通和关断。

本发明有如下积极的技术优势：

1)本发明克服了PFC变换器工作在轻载时需要改变硬件电路和控制算法的难题；