[发明专利]一种Boost PFC变换器的无模型预测电流控制系统及其控制方法

说明书

本发明涉及一种Boost PFC变换器的无模型预测电流控制系统及其控制方法。控制系统包括Boost PFC变换器系统、电流内环控制模块和电压外环控制模块。本发明通过建立基于实时更新的统一超局部模型，实现对变换器运行于不同导通模式时的自适应建模，再设计匹配的无模型预测电流控制器，从而不仅能够有效提升对变换器参数变化及内、外部扰动的鲁棒性，还能够避免额外的模式识别算法或硬件检测电路，同时提高电流控制环路的动态响应速度，有效改善变换器在中轻载运行工况中的电流控制性能。

技术领域

本发明涉及Boost PFC变换器技术领域，具体涉及一种Boost PFC变换器的无模型预测电流控制系统及其控制方法。

背景技术

随着电网谐波污染问题的日益加剧，谐波抑制标准如IEC61000-3-2对相关设备注入电网的谐波电流规范不断加强。为了减少设备对电网的谐波污染，满足谐波抑制要求，功率因数校正(Power Factor Correction，PFC)变换器不断获得研究重视。平均电流控制(Average Current Control，ACM)的Boost变换器由于具有动态响应速度快、结构简单的优点，同时可以满足高功率密度和高效率的设计需求，在功率因数校正电路中获得了广泛应用。根据电感电流在一个开关周期中的导通状态，变换器运行于连续导通模式(ContinuousConduction Mode，CCM)和断续导通模式(Discontinuous Conduction Mode，DCM)。此外，当变换器在中等功率工况运行时，输入电流过零点附近电感电流断续，输入电流峰值处电感电流连续，这种在一个工频周期中同时出现CCM和DCM模式，称之为混合导通模式(MixedConduction Mode，MCM)。

PI控制具有结构简单和易于实现等优点，传统的PFC控制主要是基于CCM变换器的数学模型，再设计PI电流控制器，控制变换器的交流输入电流正弦化并与输入电压同相位，实现功率因数校正。遗憾的是基于CCM变换器数学模型的PI控制，存在对变换器参数变化及内、外部扰动敏感的不足。此外，在中轻载运行工况中，由于存在断续导通模式，导致PI控制的PFC变换器出现交流输入电流畸变现象，究其原因，一是当变换器运行于CCM时，其平均电感电流与占空比呈线性关系，而变换器运行于DCM时，其平均电感电流与占空比的平方成正比，呈非线性关系，导致PI控制的PFC变换器输入电流不能完全正弦化；其二是PI控制器因欠缺足够的带宽，难以控制变换器平均电感电流对正弦参考电流的准确跟踪，导致PFC变换器出现交流输入电流畸变。

为了提高PFC变换器电流控制的动态响应速度，实现准确的电流跟踪，在PI控制的基础上提出的占空比前馈控制能够提升PFC变换器电流控制的动态响应速度，有效改善运行于CCM的变换器输入电流畸变，但是，对于运行于DCM的变换器，占空比前馈控制仍然难以获得满意的电流控制性能。此外，占空比前馈控制依赖于被控系统数学模型的准确建立，依然存在对变换器参数变化及内、外部扰动敏感的不足。为此，现有的解决方案是分别设计PFC变换器的CCM控制器和DCM控制器，实现对变换器不同导通模式下平均电感电流的有效控制。但是，需要设计额外的模式识别算法或者硬件检测电路以准确实时识别变换器的导通模式，无疑增加了实现难度或硬件电路复杂度。此外，预测控制拥有高动态响应、清晰的物理概念等技术优势，但是，预测控制本质上是依赖于模型的控制方法，同样存在对变换器参数变化及内、外部扰动敏感的不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Boost PFC变换器的无模型预测电流控制系统及其控制方法，该控制系统及其控制方法不仅能够有效提升对变换器参数变化及内、外部扰动的鲁棒性，还能够避免额外的模式识别算法或硬件检测电路，同时提高电流控制环路的动态响应速度，有效改善变换器在中轻载运行工况中的电流控制性能。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种Boost PFC变换器的无模型预测电流控制系统，包括Boost PFC变换器系统、电流内环控制模块和电压外环控制模块。