[发明专利]含有源储能单元型Boost PFC的优化控制方法

摘要

本发明公开了一种含有源储能单元型Boost PFC的优化控制方法，属于AC‑DC功率变换领域。针对传统Boost PFC平均电流控制方法中整流桥输出电压作为正弦基准造成的基准畸变问题；利用方波调理电路将输入正弦电压转化为方波信号，数字控制器捕获方波信号的上升与下降沿，再根据防误捕获锁相算法生成纯净的正弦信号作为正弦基准，以改善基准畸变问题。并在生成正弦基准控制方法的基础上推导出输入前馈与载前馈算法，以改善输出电压抗输入与负载扰动的能力和轻载切相算法的切相速度。所述方法，由生成的正弦信号与输出电流，推导出有源储能单元输入电流参考基准，节省采样有源储能单元输入电流参考的带通滤波器电路，且变换器功率密度与效率均得到改善。

主权项

1.一种含有源储能单元型Boost PFC的优化控制方法，电路组成主要包括：EMI滤波器、有源整流桥、交错并联Boost PFC变换器、方波信号调理电路、Buck/Boost型有源储能单元和控制器，其中Buck/Boost型有源储能单元的开关桥臂包括上开关管S4和下开关管S5，该控制方法主要步骤如下：1).初始化输出电压参考值峰值电压参考值2).生成参考正弦信号|sin(ωt)|与‑cos(ωt)；a).首先采样交错并联Boost PFC变换器的输入电压vin，经方波信号调理电路转化为带偏置的正弦信号，然后再将该带偏置的正弦信号与偏置电压Vref进行比较，得到交错并联Boost PFC变换器的输入电压大于0时为高电平，小于0时为低电平的方波信号；b).生成的方波信号由数字控制器的增强捕获单元捕获其上升沿和下降沿，经防误捕获锁相算法获得输入电压过零信息，根据过零信息求出输入电压的周期T；c).由输入电压周期T和eCAP计数器的实时值进一步求得正弦信号|sin(ωt)|与‑cos(ωt)；3).交错并联Boost PFC的输入前馈判断与输入前馈计算；a).数字控制器采样当前计算周期整流桥输出电压vrect,vrect与步骤2)得到的|sin(ωt)|经峰值预测算法预测当前计算周期整流桥输出电压峰值Vrectp[n]；b).当前计算周期整流桥输出电压峰值Vrectp[n]与上一计算周期整流桥输出电压峰值Vrectp[n‑1]作差进行输入跳变检测，差的绝对值大于设定阀值则认为输入发生跳变，将输入前馈标志位置位，同时产生重置信号Reset1，否则输入前馈标志位为0；c).当输入前馈标志位置位，则由输入前馈算法计算输入前馈系数k；当输入前馈标志位为0时，则直接令k＝1，不需计算输入前馈系数；4).交错并联Boost PFC载前馈判断与载前馈计算；a)数字控制器采样交错并联Boost PFC变换器的当前计算周期的输出电流平均值Io[n]和输出电压vo，Io[n]减去上一计算周期采样得到的输出电流平均值Io[n‑1]，当其绝对值大于设定阀值则认为负载跳变发生，则将载前馈标志位置位，同时产生重置信号Reset2，否则载前馈标志位与上一计算周期保持一致；b)将上述vo与Io[n]相乘得到输出功率Po；c)在载前馈标志位置位条件下，结合步骤3)中预测得到的当前计算周期整流桥输出电压峰值Vrectp[n]及计算得到的输出功率Po，由载前馈算法计算载前馈量vm2[n]；在载前馈标志位置位条件下，每个计算周期仅进行一次载前馈计算，且载前馈参与次数标志Nldff在载前馈算法参与一次后加1，当Nldff达到设定值，则将Nldff与载前馈标志位清0；其余情况下，则不进行载前馈计算取上一次载前馈计算得到的前馈量vm2[n‑1]作为当前值vm2[n]；5).交错并联Boost PFC的双前馈与轻载切相控制；a).步骤1)中初始化得到的输出电压参考值减去步骤4)中采样得到的v_o得到输出电压误差信号，该误差信号经比例积分补偿单元运算，分别得到电压环比例项输出v_mp、积分项输出v_mi与比例积分单元总输出v_m1；b).当电压环比例积分补偿单元检测到步骤3)中的Reset1信号时，则电压环比例积分补偿单元输出vm1后，再将vmp、vmi分别乘以输入前馈系数后输出，输入前馈标志位清0；当检测到步骤4)中的Reset2信号时，将vmp、vmi、vm1清零后输出；其余情况下vmp、vmi、vm1按实际电压环比例积分补偿单元的计算结果输出；c).上述v_m1与步骤4)得到的v_m2[n]相加，再乘以步骤3)得到的k得到等效电压环输出v_m，同时v_m乘以步骤2)中得到的正弦信号|sin(ωt)|作为电流环基准d).数字控制器采样交错并联PFC变换器的各相电感总电流i_L，减去i_L得到总电感电流误差信号，该信号经电流环比例积分补偿运算单元得到各相占空比D；e).计算得到的占空比D经增强型脉宽调制模块调制得到输出的占空比；f).以各相处理相等的功率为原则进行轻载切相操作，根据轻载切相算法将上步骤e)中输出的占空比送至需要参加工作的各相的开关管，完成交错并联Boost PFC的双前馈与轻载切相控制；6).Buck/Boost有源储能单元开环型峰值电压控制；a).判断步骤4)中计算得到的输出功率Po小于650W时，Buck/Boost有源储能单元不工作，重复步骤2)～5)及6)的a)；判断Po，当Po大于等于650W时，Buck/Boost有源储能单元开始工作，继续完成以下步骤；b).由步骤2)中生成的‑cos(ωt)，步骤4)中采样得到的当前计算周期输出电流平均值I_o以及根据交错并联Boost PFC的输出电容容值与需处理的脉动能量的比例关系定义得到的吸收系数k_asuref，经数字控制器计算得到Buck/Boost型有源储能单元输入电流的基准信号c).由判断有源储能单元的工作模式；当时为Boost模式，数字控制器采样得到的Buck/Boost有源储能单元电容电压v_cs，结合计算得到的采样得到的v_o以及定义的Buck/Boost型有源储能单元电感值与开关周期的比值k_asu，计算Buck/Boost型有源储能单元Boost模式下的理论占空比D_boost1，计算得到的D_boost1经ePWM模块调制得到Boost模式的实际占空比D_boost，D_boost输出至开关管S₅完成Boost模式的控制；当时为Buck模式，同理Boost模式计算理论占空比的流程计算Buck模式的理论占空比D_buck1；d).根据采样的v_cs由比较法求取其峰值电压V_csp，由步骤1)初始化得到的峰值电压参考值减去V_csp，得到其误差信号，该误差信号经比例积分补偿运算单元(PI)得到峰值电压补偿占空比D_p；e).由Dbuck1与Dp求和得到Buck模式下实际占空比Dbuck，计算得到的Dbuck经ePWM模块调制得到Buck模式的实际占空比并输出至开关管S4完成Buck模式的控制；f).重复步骤2)～6)。