[发明专利]基于离散能量函数控制的车载充电机PFC变换器的非线性控制方法

说明书

本发明公开了一种基于离散能量函数控制的车载充电机PFC变换器的非线性控制方法，包括以下步骤：采样输入电压电流并检测峰值输入功率，并根据峰值输入功率合成负载基准值和输入电流基准值；根据欧拉离散化方法建立交错并联PFC Boost变换器的离散状态空间模型；根据离散能量函数最小化控制方法设计交错并联PFC Boost变换器系统的离散能量函数控制器。本发明提出基于离散能量函数控制的算法，有效地解决了原控制算法下PFC动态响应缓慢的问题，并且简化了变换器的设计，提高了系统的控制效果，具有较好的灵敏性和稳态输出特性。

技术领域

本发明涉及电能变换装置的功率因数校正技术，具体涉及一种基于离散能量函数控制的车载充电机PFC变换器的非线性控制方法。

背景技术

车载充电机作为一种开关电源充电机，可以实现对电动汽车的充电。对它的研究主要是对充电技术和大功率开关电源的研究，而对于大功率开关电源的研究主要针对均流技术、PFC技术以及软开关技术进行研究。传统的车载充电机PFC电路采用Boost电路，有开关器件损耗大、可靠性差等问题，且无法满足电动汽车充电机大功率和低纹波的要求，而经过改进设计的PFC在减少谐波电流含量的同时，进一步提高车载充电机的安全性；还可以扩大输入电压的范围，提高车载充电机的可靠性和灵活性。因此，PFC电路设计的好坏，对于车载充电机效率及其他性能的提高有着重要意义。

最优控制是现代控制理论的核心，其主要解决的问题是根据已经建立的被控对象的数学模型，选择一个可行的控制律，使得被控对象可以按照预定的要求运行，并使得给定的某一性能指标达到极小值或者极大值。该法最大的优点是可以提升动态性能，具有控制方法简单、动态响应快、控制精度高、鲁棒性强的特点。

传统电动汽车车载充电器的工作分为前级功率因数校正以及后级的DC/DC变换两个过程，前级在完成获取高功率因数的同时为后级电路提供恒定的直流电压；而后级输出适应于电池组电压、电流及功率。传统车载充电机PFC电压环路带宽低，存在动态响应缓慢的问题，且主电路输出电压易出现超调或欠调的技术不足。

发明内容

本发明的目的在于克服现有车载充电机功率因数校正技术的不足，提供一种基于离散能量函数控制的车载充电机PFC变换器的非线性控制方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于离散能量函数控制的车载充电机PFC变换器的非线性控制方法，包括以下步骤：

步骤1，采样输入电压电流并检测峰值输入功率，根据峰值输入功率合成负载基准值和输入电流基准值；

步骤2，根据欧拉离散化方法建立交错并联PFC Boost变换器的离散状态空间模型；

步骤3，根据离散能量函数最小化控制方法设计交错并联PFC Boost变换器系统的离散能量函数控制器。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：本发明的控制方法通过采用交错并联Boost拓扑改善了传统车载充电机PFC的损耗问题，解决了传统车载充电机PFC电压环带宽过低所导致的动态响应缓慢的问题以及动态响应过程中直流母线电压超调和欠调的问题，提高了变换器的效率，具有较好的灵敏性和稳态输出特性。

附图说明

图1为本发明交错并联Boost PFC主电路拓扑图。

图2为本发明基于离散能量函数控制的车载充电机PFC变换器控制框图。

图3为峰值功率检测算法流程图。

图4为本发明方法的瞬时输入功率p_in(t)的计算电路框图。

图5为本发明输入电压为90V时输入电流仿真波形图。

图6为本发明输入电压为220V时输入电流仿真波形图。