[发明专利]基于数字控制图腾柱PFC电压过零点畸变控制装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于数字控制图腾柱PFC电压过零点畸变控制装置及方法。其中通过采样模块，然后经过模数转换单元，采集到输入输出电压信息以及电感上电流信息，通过电压外环控制单元和电流内环控制单元对产生的误差信号进行补偿调节，最后调节器输出经过PWM调制器产生门控信号来控制桥臂上开关管动作。本发明通过引入加方波的形式，使得在过零点处占空比不会突变，而是平缓过渡。通过采集输入电压过零点进行锁相环处理，采集输出电压，经过电压外环，输出作为电流内环控制单元的幅值参考，相位参考由锁相环环节输出给定，最终通过占空比控制实现对输入电流的功率因素校正。通过控制，明显改善了电流波形，降低了输入电流的THD。

技术领域

本发明属于功率因素校正技术领域，具体涉及一种基于数字控制图腾柱PFC电压过零点畸变控制方法及装置。

背景技术

随着各种电力电子装置的广泛应用，给电网带来了谐波污染等问题。谐波污染不仅降低了电能的品质，甚至威胁电网的稳定和安全运行。为了解决谐波污染问题，使输入电流谐波满足要求，必须加入功率因素校正(Power Factor Correction，PFC)电路。传统的有源PFC中，在整流过程中存在较高的功率损耗。为了解决这个问题，无桥PFC逐渐成为研究的热点。

图腾柱无桥PFC是目前性能最好的PFC拓扑，元器件少，电路结构简单，可高频化，并具有较低的EMI(Electromagnetic Interference，电磁干扰)。但传统的Si MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金氧半场效晶体管)寄生体二极管的反向恢复时间长，反向恢复损耗严重，导致采用传统Si MOSFET的图腾柱无桥PFC电路只能工作在CRM(Critical Conduction Mode，临界导通模式)或DCM(DiscontinuousCurrent Mode，电感电流断续模式)模式下，限制了图腾柱PFC的实际应用。随着宽禁带半导体技术的发展，基于GaN HEMT的图腾柱PFC近年来又得到了广泛关注。由于图腾柱PFC需要采集电感电流，电压过零点，输出电压等信息，所以相对于模拟控制，图腾柱PFC更适合采用数字控制方式。数字控制具有控制灵活，设计成本低的优点，但会带来控制滞后的问题，导致实际控制时，主开关管和续流管会切换不及时，带来电流畸变的问题，影响输入电流THD(Total Harmonic Distortion，总谐波失真)。

发明内容

鉴于以上存在的技术问题，本发明用于提供一种基于数字控制图腾柱PFC电压过零点畸变控制装置及方法，用于解决现有技术中采用数字控制的图腾柱PFC过零点电流畸变问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

本发明实施例的一方面提供了一种基于数字控制的图腾柱PFC过零点畸变的控制装置，包括图腾柱PFC主电路和数字控制模块，所述图腾柱PFC主电路包括交流输入电源、Boost升压电感、高频上管GaN HEMT开关管、高频下管GaN HEMT开关管、低频上管GaN HEMT开关管、低频下管GaN HEMT开关管、母线输出电容和输出负载，所述数字控制模块包括输出电压采集模块、输入电压采集模块、输入电感电流采集模块、电压环PI控制器、电流环PI控制器、SOGI锁相环模块、过零点检测模块、方波产生模块、占空比限幅模块、PWM输出模块、第一求和模块、第二求和模块、第三求和模块和第一乘法模块，输出电压采集模块用于采集输出电压；输入电压采集模块用于采集交流输入电压；输入电感电流采集模块用于采集电感电流iL；电压环PI控制器用于调节输出电压和参考电压的误差Verr；电流环PI控制器用于调节参考电流与电感电流的误差信息Ierr，输出占空比；SOGI锁相环模块用于生成电流内环的相位参考；过零点检测模块用于采集输入电压的过零点信息；方波产生模块用于生成一个频率为50Hz幅值为1的方波信号；占空比限幅模块用于限制最终的输出占空比的大小；PWM输出模块输出PWM信号，用于驱动桥臂动作的信号。