[发明专利]一种单相DCM Boost变换器功率因数校正的统一控制方法

说明书

一种实现DCMBoost变换器功率因数校正的统一控制方法，包括：基于BoostPFC变换器的拓扑结构构建带有虚拟元件的变换器拓扑结构；对构建的变换器拓扑结构进行开关平均建模；推导变换器拓扑结构实现单位功率因数下的开关频率和占空比计算公式，并通过推导出的计算公式计算开关周期以及导通时间；引入控制参数并设计虚拟元件的电压，将脉冲宽度调制控制和脉冲频率调制控制进行统一；根据变换器负载情况，改变控制参数选择相应的变换器控制方法对系统进行控制；充分利用两个控制自由度，将脉冲宽度调制控制与脉冲频率调制控制统一起来，使得变换器能够高效运行在不同的负载功率下。

技术领域

本发明涉及电力电子的变流技术和控制技术领域，特别涉及一种单相DCM Boost变换器功率因数校正的统一控制方法。

背景技术

现有的DCM Boost PFC的控制方法主要分为脉冲频率调制控制和脉冲宽度调制控制。脉冲频率调制控制的主要思想是保持开关的导通时间或关断时间恒定，即通过改变开关频率来调节输出电压。主要包含恒定导通时间、恒定关断时间或固定关断时间以及迟滞控制等。与脉冲频率调制控制相比，脉冲宽度调制控制因其输入滤波器设计相对简单而受到更多关注。通过实时调整占空比，实现了正弦型电网电流和单位功率因数。

早在20世纪90年代，脉冲宽度调制策略就被应用于Boost PFC变换器以提高电网电流质量。占空比的表达式是基于开关周期内的平均电感电流与电网电压成正比的假设而得到的。然而，占空比的计算包含平方根，占用了数字处理器的大量资源。受限于早期数字处理器的性能，有学者开发了模拟电路去控制Boost PFC变换器。并且为了简化电路实现，进一步把占空比做了近似处理。还有学者通过将三次谐波(与基频电流同相)注入输入电流，进一步简化了控制电路。同时，峰值电流和均方根电流减小。因此，可以减小直流滤波电容器的大小。以上两种方法均采用模拟电路实现控制。与上述采用模拟电路不同的是，有学者提出了一种脉冲序列控制策略来简化控制逻辑。它不依赖于数字处理器的运行速度，因此不需要昂贵的高速数字处理器。

众所周知，有源开关具有两个控制自由度：占空比和开关频率。然而，以上几种控制方法都是只利用了一个自由度，目前很少有学者在一套控制方法中同时利用上述两个自由度。倘若能够充分利用这两个自由度，便能对变换器的控制作进一步优化，从而能够应对多种功率工况，使得DCM Boost PFC变换器的使用场景更为广泛。

发明内容

本发明提供一种实现DCM Boost变换器功率因数校正的统一控制方法，其目的是为了使DCM Boost变换器在一套控制中充分利用两个控制自由度，将脉冲宽度调制控制与脉冲频率调制控制统一起来，使得变换器能够高效运行在不同的负载功率下。

为了达到上述目的，本发明提供了一种实现DCM Boost变换器功率因数校正的统一控制方法，包括：

步骤1，基于Boost PFC变换器的拓扑结构构建带有虚拟元件的变换器拓扑结构；

步骤2，对构建的变换器拓扑结构进行开关平均建模；

步骤3，推导变换器拓扑结构实现单位功率因数下的开关频率和占空比计算公式，并通过推导出的计算公式计算开关周期以及导通时间；

步骤4，引入控制参数并设计虚拟元件的电压，将脉冲宽度调制控制和脉冲频率调制控制进行统一；

步骤5，根据变换器负载情况，改变控制参数选择相应的变换器控制方法对系统进行控制。

其中，虚拟元件为虚拟电源和虚拟电感，虚拟电源与虚拟电感串联后再并联到Boost PFC变换器输出端的续流二极管上，构成一个带有虚拟电源和虚拟电感的变换器拓扑结构。

其中，步骤2中开关平均模型为