[发明专利]基于单周期控制的负载电流前馈控制方法及PFC控制器

说明书

本发明公开了一种基于单周期控制的负载电流前馈控制方法及PFC控制器，属于功率因数校正变换器的技术领域，在经典单周期PFC控制器的基础上，在电压控制环上增加了负载电流前馈控制，其前馈系数通过单周期控制的基本原理计算得出，并由此加快电压环对负载变化的响应速度，从而加快控制器的动态性能。本发明主要应用于Boost PFC变换器，在保证单周期控制简单有效的优势下显著提高了变换器的动态响应速度。

技术领域

本发明涉及一种单周期控制方法，尤其涉及一种基于单周期控制的负载电流前馈控制方法及PFC控制器。

背景技术

单周期控制技术(One-Cycle Control)是上世纪90年代由美国Smedley K.M.提出的一种大信号非线性控制方法，最早是用于DC-DC直流变换器，单周期控制的基本思想是控制电路中开关的占空比，使每一个周期内开关变量的平均值与控制参考量相等或者成比例关系，平均值与控制量相等或成比例关系的目的是为了使在一个开关周期内自动消除瞬态误差，使前一个周期的误差不会带到下一个周期。单周期控制具有响应速度快、鲁棒性好和自适应性等特点。

近几年来，单周期控制在PFC技术上的应用越来越广，随着数字控制的发展，相较于平均电流法等控制策略，单周期控制以其较为简单的算法和方便的参数调节方式越来越多地应用在数字控制之中，其核心控制方程为d＝(V_m-I_gR_s)/V_m，其中d为PWM波占空比，V_m为电压环输出，R_s为电感电流采样系数。

经典单周期PFC控制器主要通过电压环的PI参数调节动态性能，而为了避免输出电压二次纹波引入的干扰，电压环穿越频率一般选择在二倍工频以下，且为了抑制输出电压纹波，输出电容一般容量较大，这样就会造成变换器动态响应较慢，在负载变动较大的场合下难以应用。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种基于单周期控制的负载电流前馈控制方法及PFC控制器，在保证单周期控制的原有优势下显著提高PFC变换器的动态响应速度。

技术方案：本发明所采用的技术方案是一种基于单周期控制的负载电流前馈控制方法，应用于单周期控制电路，该方法包括以下步骤：

(1)数字控制芯片对单周期控制电路的负载电流I_o、输入电压和输出电压进行采样，并计算出每个工频周期中输入电压峰值V_gm；其中所述的对电路的负载电流I_o进行采样后，通过一阶滤波器滤波，所述一阶滤波器带宽设定在开关频率的1/10。

(2)数字控制芯片对负载电流前馈信号V_load进行计算；所述负载电流前馈信号V_load的计算式为：

其中V_o为额定输出电压，V_gm为输入电压峰值，I_o为负载电流，R_s为电感电流采样系数。

(3)单周期控制的电流内环基准信号为：

V_m＝V_load+V_m0

其中，V_m0为单周期控制电路中电压环的误差信号；

(4)叠加所述单周期控制的电流内环基准信号至电压环误差放大输出，作为单周期控制的电流环基准信号；

(5)计算单周期控制的占空比后由数字控制芯片产生对应的PWM波，以此来控制开关管的通断。