[发明专利]应用于BUCK型三相PFC电路的柔性换相控制算法

说明书

本发明涉及开关电源技术领域，具体涉及一种应用于BUCK型三相PFC电路的新型柔性换相控制算法；本发明提出了一种应用于BUCK型三相PFC电路的新型控制算法，针对BUCK型三相PFC变换器的换相采用独特的柔性换相控制逻辑，很好地解决了过零、换相点电流畸变和换相计算占用大量数字内核资源的问题。

技术领域

本发明涉及开关电源技术领域，具体涉及一种应用于BUCK型三相PFC电路的柔性换相控制算法。

背景技术

三相功率因数校正电路作为与电网接口的前端电源在中大功率应用场合得到了广泛应用；普遍应用的三相功率因数校正电路存在两种主流解决方案：升压型三相PFC电路即BOOST型三相PFC电路与降压型三相PFC电路即BUCK型三相PFC电路。与BOOST型电路相比，BCUK型方案具有宽输出电压范围、无启动冲击电流及输出电流限制能力，在特定应用场合优势明显；例如，近几年国内外在数据中心领域广泛讨论、推广的高压直流总线架构，即国内的天蝎项目与美国的Open Computing Platform(OCP)，均要求高压直流总线，如240VDC或380VDC中间总线；针对我国三相220Vac交流输入电网系统，如果采用BOOST型三相PFC电路方案，电路的典型输出电压在650VDC，需增加一级降压电路才可满足总线电压要求，整机效率会有较大损失，且两级设计必然带来成本的大幅增加。而采用BUCK型三相PFC电路，则可实现一级变换直接输出240VDC或380VDC，效率大幅提高、成本大幅节省。

BUCK型三相PFC电路，如最典型的三相六开关BUCK型PFC电路，其拓扑简洁，开关器件应力低，磁性器件尺寸小；然而，由于该电路输入为三相交流电压，控制时需考虑各相输入电压相位，针对不同相位各开关管采用不同控制策略；如果采用模拟控制器，控制逻辑异常复杂，目前无成熟的模拟控制器解决方案；因此，该电路在实际应用中并未得到广泛推广。近几年，随着ARM、DSP等数字芯片的运算能力提高及数字芯片在电源领域的应用积累，以数字芯片为控制内核的数字电源技术逐渐成熟；在此基础上，采用数字内核控制的BUCK型三相PFC电路的产品逐渐出现；目前市场上可以看到的该类产品多为采用电流积分控制法或PWM控制法的三相六开关BUCK型PFC电路；应用以上两种控制法的三相六开关BUCK型PFC电路均能较好地控制总输入电流谐波(THD)，尤其采用电流积分控制法的三相六开关BUCK型PFC电路，因其对输入电流进行积分运算，并利用此积分运算结果对输入电压波形进行跟踪，该控制法对输入电流谐波抑制非常有效。然而，无论电流积分控制法或PWM控制法都存在过零点及换相点电流畸变；同时该算法在换相控制时需占用大量数字内核资源才可实现，在既定的数字控制芯片内部资源条件下，影响了主功率电路的许多技术指标的实现，客观上影响了方案的性能，限制了该方案的更广泛推广、应用。

本发明提出了一种应用于BUCK型三相PFC电路的控制算法，针对BUCK型三相PFC变换器的换相采用独特的控制逻辑，很好地解决了过零及换相点电流畸变和换相计算占用大量数字内核资源的问题。

发明内容

本发明提出的应用于BUCK型三相PFC电路的柔性换相控制算法，优化了BUCK型三相PFC变换器的过零和换相过程计算，可应用于BUCK型三相PFC电路的多种电路拓扑，并且可与电流积分控制法及PWM控制法等多种控制法结合应用。为便于说明本发明，此处以采用电流积分控制法的三相六开关BUCK型PFC电路加以说明。

首先简单描述一下电流积分控制法。图2所示为电流积分控制法在BUCK电路中的应用示意图。电路由受控电流源(注：即BUCK上管电流采样电路)、积分器、PWM时钟脉冲、电压反馈补偿电路、比较器及RS触发器构成。