CN103178705A - 功率因数校正电路的控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种功率因数校正电路的控制方法及装置，其中，功率因数校正电路包括至少一个电感，所述方法包括以下步骤：计算功率因数校正电路中电感在多个功率下对应的电感量及输入电流；对电感在多个功率下对应的电感量和输入电流进行拟合以获得第一非线性函数；根据第一非线性函数、功率因数校正电路中电感的电感量及功率因数校正电路的输入电流生成非线性系数；以及根据非线性系数及额定输出功率下的控制器参数生成功率因数校正电路的非线性控制器参数。根据本发明实施例的方法，可保证功率因数校正电路在全负载范围的性能指标，且在轻负载状态下显著提升效率，同时有效避免线性调节控制器参数带来的超前调节导致稳定性差的问题。

Description

功率因数校正电路的控制方法及装置
技术领域
本发明涉及电力电子设备技术领域，特别涉及一种功率因数校正电路的控制方法及装置。
背景技术
随着电力电子设备及装置的日益发展和广泛应用，电网中的谐波污染也日趋严重，现有技术通常通过采用对用电设备进行功率因数校正(PFC，Power Factor Correction)的方法减少电网中的谐波污染。
传统的功率因数校正电路采用结构简单且实现方便的集成电路的控制器以实现对对功率因数校正电路的控制，传统的功率因数校正的控制器存在的问题是，一方面受用电设备等外电路的限制，控制器的参数采用在额定输出功率下进行优化并且固定控制器参数不变，控制场合单一，另一方面功率因数校正电路及控制器对负载变化比较敏感，导致满载时有较好的输入性能指标，而负载较小时输入性能指标很差，从而导致效率变低。
为了克服传统的功率因数校正控制器的缺陷，现有技术采用PFC数字控制技术实现控制器参数的调节，通常采用以下2种方案实现：
如图1所示为现有技术PFC数字控制的第一种控制方案，通过判断输入电流Iin与设定的阈值电流Ia的大小实现在两种控制方案之间切换，由此可以使得该控制器在重载和轻载都有很好的性能指标。
如图2所示为现有技术PFC数字控制的第二种控制方案，根据输入电流Iin线性地调节控制器，可以使得该控制器在全负载范围内都具有很好的性能指标。
但是，现有技术中的上述两种控制方案都存在问题：第一种控制方案在进行两种控制方案的切换时往往给该控制器带来扰动，同时由于只有两种控制方案只能在重载和轻载时具有很好的性能指标，在负载等级比较多的应用场合并不能达到很好的控制效果；在第二种控制方案下，由于构成PFC数字控制电路的主要元件为电感，PFC电路的传递函数为Gid(s)＝K/Ls，其中，L为电感量L，K为系数，其电感量L随流过该电感的电流成非线性变化，因此根据输入电流线性地调节控制器参数对PFC控制系统在全负载范围内的性能指标优化效果并不明显，同时由于线性地调节控制器参数带来了电路系统超前的调节，从而电路系统的稳定性下降。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。
为达到上述目的，本发明一方面的实施例提出一种功率因数校正电路的控制方法，所述功率因数校正电路包括至少一个电感，所述方法包括以下步骤：计算所述功率因数校正电路中所述电感在多个功率下对应的电感量及输入电流；对所述电感在多个功率下对应的电感量和输入电流进行拟合以获得第一非线性函数；根据所述第一非线性函数、功率因数校正电路中所述电感的电感量及功率因数校正电路的输入电流生成非线性系数；以及根据所述非线性系数及额定输出功率下的控制器参数生成所述功率因数校正电路的非线性控制器参数。
根据本发明实施例的功率因数校正电路的控制方法，根据输入电流非线性地调节在额定输出功率下优化后的控制器参数，不仅可以保证功率因数校正电路在全负载范围内都具有很好的性能指标，并且在功率因数校正电路在轻负载状态下能够显著提升效率，同时可以避免根据输入电流线性调节额定输出功率下优化后的控制器参数带来的功率因数校正电路的超前调节问题，从而有效地提高了功率因数校正电路的稳定性。
为达到上述目的，本发明另一方面的实施例提出一种功率因数校正电路的控制装置，所述功率因数校正电路包括至少一个电感，所述装置包括：计算模块，用于计算所述功率因数校正电路中所述电感在多个功率下对应的电感量及输入电流；拟合模块，用于对所述电感在多个功率下对应的电感量和输入电流进行拟合以获得第一非线性函数；非线性系数生成模块，用于根据所述第一非线性函数、功率因数校正电路中所述电感的电感量及功率因数校正电路的输入电流生成非线性系数；以及非线性控制器参数生成模块，用于根据所述非线性系数及额定输出功率下的控制器参数生成所述功率因数校正电路的非线性控制器参数。
根据本发明实施例的功率因数校正电路的控制装置，根据非线性系数及非线性控制器参数生成模块可以通过输入电流非线性地调节在额定输出功率下优化后的控制器参数，该装置不仅可以保证功率因数校正电路在全负载范围内都具有很好的性能指标，并且在功率因数校正电路在轻负载状态下能够显著提升效率，同时可以避免根据输入电流线性调节额定输出功率下优化后的控制器参数带来的功率因数校正电路的超前调节问题，从而有效地提高了功率因数校正电路的稳定性。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为现有技术PFC数字控制的第一种控制方案的流程图；
图2为现有技术PFC数字控制的第二种控制方案的流程图；
图3为本发明一个实施例的功率因数校正电路的控制方法的流程图；
图4为本发明一个实施例的功率因数校正电路的控制装置的结构框图；以及
图5为本发明另一个实施例的功率因数校正电路的控制装置的结构框图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
图3为本发明一个实施例的功率因数校正电路的控制方法的流程图。
如图3所示，根据本发明实施例的功率因数校正电路的控制方法，包括下述步骤。
步骤S101，计算功率因数校正电路中电感在多个功率下对应的电感量及输入电流。其中，功率因数校正电路包括至少一个电感。
具体地，电感规格书由生产厂商提供，根据功率因数校正电路中电感的规格书可以计算出功率因数校正电路中电感在多个功率下的电感量及输入电流。
步骤S102，对电感在多个功率下对应的电感量和输入电流进行拟合以获得第一非线性函数。
具体地，将根据功率因数校正电路中电感的规格书计算出的在多个功率下的电感量及输入电流拟合以生成电感量与所述电流的第一非线性函数f(Iin)，其中Iin表示输入电流。
步骤S103，根据第一非线性函数、功率因数校正电路中电感的电感量及功率因数校正电路的输入电流生成非线性系数。
具体地，首先，将第一非线性函数除以功率因数校正电路中电感的电感量以生成第二非线性函数，更具体地，第二非线性函数为f1(Iin)＝f(Iin)/L1，其中L1为功率因数校正电路中电感的电感量。
然后，对功率因数校正电路的输入电流进行采样。
再根据采样后的功率因数校正电路的输入电流计算第二非线性函数的函数值以获得非线性系数，其中，非线性系数为计算后的函数值。更具体地，将采样后的功率因数校正电路的输入电流带入第二非线性函数f1(Iin)公式中计算获得第二非线性函数的函数值，该计算后的函数值即为非线性系数。
步骤S104，根据非线性系数及额定输出功率下的控制器参数生成功率因数校正电路的非线性控制器参数。
在本发明的一个实施例中，控制器为比例积分控制器，其中，比例积分控制器的控制器参数包括比例系数及积分系数。
在本发明的一个实施例中，将额定输出功率下的控制器参数乘以非线性系数生成功率因数校正电路的非线性控制器参数。具体地，首先，在额定输出功率下优化控制器参数，该优化后的控制器参数在功率因数校正电路的额定输出功率下具有良好的性能指标，再将该优化后的控制器参数乘以非线性系数从而获得功率因数校正电路的非线性控制器参数，由此根据输入电流非线性的调节功率因数校正电路的控制器。
根据本发明实施例的功率因数校正电路的控制方法，根据输入电流非线性地调节在额定输出功率下优化后的控制器参数，不仅可以保证功率因数校正电路在全负载范围内都具有很好的性能指标，并且在功率因数校正电路在轻负载状态下能够显著提升效率，同时可以避免根据输入电流线性调节额定输出功率下优化后的控制器参数带来的功率因数校正电路的超前调节问题，从而有效地提高了功率因数校正电路的稳定性。
图4为本发明一个实施例的功率因数校正电路的控制装置的结构框图。
如图4所示，根据本发明实施例的功率因数校正电路的控制装置，包括计算模块100、拟合模块200、非线性系数生成模块300和非线性控制器参数生成模块400。
具体地，计算模块100用于计算功率因数校正电路中电感在多个功率下对应的电感量及输入电流。其中，电感规格书由生产厂商提供，计算模块100根据功率因数校正电路中电感的规格书可以计算出功率因数校正电路中电感在多个功率下的电感量及输入电流。
拟合模块200用于对电感在多个功率下对应的电感量和输入电流进行拟合以获得第一非线性函数。具体地，拟合模块200将根据功率因数校正电路中电感的规格书计算出的在多个功率下的电感量及输入电流拟合以生成电感量与所述电流的第一非线性函数f(Iin)，其中Iin表示输入电流。
非线性系数生成模块300用于根据第一非线性函数、功率因数校正电路中电感的电感量及功率因数校正电路的输入电流生成非线性系数。
具体地，首先，将第一非线性函数除以功率因数校正电路中电感的电感量以生成第二非线性函数，更具体地，第二非线性函数为f1(Iin)＝f(Iin)/L1，其中L1为功率因数校正电路中电感的电感量。然后，对功率因数校正电路的输入电流进行采样。再根据采样后的功率因数校正电路的输入电流计算第二非线性函数的函数值以获得非线性系数，其中，非线性系数为计算后的函数值。更具体地，将采样后的功率因数校正电路的输入电流带入第二非线性函数f1(Iin)公式中计算获得第二非线性函数的函数值，该计算后的函数值即为非线性系数。
非线性控制器参数生成模块400用于根据非线性系数及额定输出功率下的控制器参数生成功率因数校正电路的非线性控制器参数。
在本发明的一个实施例中，控制器为比例积分控制器，其中，比例积分控制器的控制器参数包括比例系数及积分系数。
在本发明的一个实施例中，非线性控制器参数生成模块400将额定输出功率下的控制器参数乘以非线性系数生成功率因数校正电路的非线性控制器参数。具体地，首先，在额定输出功率下优化控制器参数，该优化后的控制器参数在功率因数校正电路的额定输出功率下具有良好的性能指标，再将该优化后的控制器参数乘以非线性系数从而获得功率因数校正电路的非线性控制器参数，由此根据输入电流非线性的调节功率因数校正电路的控制器。
根据本发明实施例的功率因数校正电路的控制装置，根据非线性系数及非线性控制器参数生成模块可以通过输入电流非线性地调节在额定输出功率下优化后的控制器参数，该装置不仅可以保证功率因数校正电路在全负载范围内都具有很好的性能指标，并且在功率因数校正电路在轻负载状态下能够显著提升效率，同时可以避免根据输入电流线性调节额定输出功率下优化后的控制器参数带来的功率因数校正电路的超前调节问题，从而有效地提高了功率因数校正电路的稳定性。
图5为本发明另一个实施例的功率因数校正电路的控制装置的结构框图。
如图5所示，根据本发明实施例的功率因数校正电路的控制装置，包括计算模块100、拟合模块200、第二非线性函数生成单元310、采样单元320、非线性系数生成单元330和非线性控制器参数生成模块400。
在本发明的一个实施例中，非线性系数生成模块300包括第二非线性函数生成单元310、采样单元320和非线性系数生成单元330。
具体地，第二非线性函数生成单元310用于将第一非线性函数除以功率因数校正电路中电感的电感量以生成第二非线性函数。其中，根据第二非线性函数生成单元310生成的第二非线性函数为f1(Iin)＝f(Iin)/L1，L1为功率因数校正电路中电感的电感量。
采样单元320，用于对所述功率因数校正电路的输入电流进行采样。
非线性系数生成单元330用于根据采样后的功率因数校正电路的输入电流计算第二非线性函数以获得非线性系数，其中，非线性系数为计算后的函数值。非线性系数生成单元330将采样后的功率因数校正电路的输入电流带入第二非线性函数f1(Iin)公式中计算获得第二非线性函数的函数值，该计算后的函数值即为非线性系数。
根据本发明实施例的功率因数校正电路的控制装置，根据第二非线性函数生成单元、采样单元及非线性系数生成单元可以产生随着输入电流非线性变化的系数。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (8)

1.一种功率因数校正电路的控制方法，其特征在于，所述功率因数校正电路包括至少一个电感，所述方法包括以下步骤：
计算所述功率因数校正电路中所述电感在多个功率下对应的电感量及输入电流；
对所述电感在多个功率下对应的电感量和输入电流进行拟合以获得第一非线性函数；
根据所述第一非线性函数、功率因数校正电路中所述电感的电感量及功率因数校正电路的输入电流生成非线性系数；以及
根据所述非线性系数及额定输出功率下的控制器参数生成所述功率因数校正电路的非线性控制器参数。
2.如权利要求1所述的功率因数校正电路的控制方法，其特征在于，
所述控制器为比例积分控制器，其中，所述控制器参数包括比例系数及积分系数。
3.如权利要求2所述的功率因数校正电路的控制方法，其特征在于，根据所述第一非线性函数、功率因数校正电路中所述电感的电感量及功率因数校正电路的输入电流生成非线性系数，进一步包括：
将所述第一非线性函数除以所述功率因数校正电路中所述电感的电感量以生成第二非线性函数；
对所述功率因数校正电路的输入电流进行采样；以及
根据所述采样后的功率因数校正电路的输入电流计算所述第二非线性函数的函数值以获得所述非线性系数，其中，所述非线性系数为所述计算后的函数值。
4.如权利要求2所述的功率因数校正电路的控制方法，其特征在于，根据所述非线性系数及额定输出功率下的控制器参数生成所述功率因数校正电路的非线性控制器参数，进一步包括：
将所述额定输出功率下的控制器参数乘以所述非线性系数生成所述功率因数校正电路的非线性控制器参数。
5.一种功率因数校正电路的控制装置，其特征在于，所述功率因数校正电路包括至少一个电感，所述装置包括：
计算模块，用于计算所述功率因数校正电路中所述电感在多个功率下对应的电感量及输入电流；
拟合模块，用于对所述电感在多个功率下对应的电感量和输入电流进行拟合以获得第一非线性函数；
非线性系数生成模块，用于根据所述第一非线性函数、功率因数校正电路中所述电感的电感量及功率因数校正电路的输入电流生成非线性系数；以及
非线性控制器参数生成模块，用于根据所述非线性系数及额定输出功率下的控制器参数生成所述功率因数校正电路的非线性控制器参数。
6.如权利要求5所述的功率因数校正电路的控制装置，其特征在于，
所述控制器为比例积分控制器，其中，所述控制器参数包括比例系数及积分系数。
7.如权利要求6所述的功率因数校正电路的控制装置，其特征在于，所述非线性系数生成模块进一步包括：
第二非线性函数生成单元，用于将所述第一非线性函数除以所述功率因数校正电路中所述电感的电感量以生成第二非线性函数；
采样单元，用于对所述功率因数校正电路的输入电流进行采样；以及
非线性系数生成单元，用于根据所述采样后的功率因数校正电路的输入电流计算所述第二非线性函数以获得所述非线性系数，其中，所述非线性系数为所述计算后的函数值。
8.如权利要求6所述的功率因数校正电路的控制装置，其特征在于，非线性控制器参数生成模块进一步包括：
将所述额定输出功率下的控制器参数乘以所述非线性系数生成所述功率因数校正电路的非线性控制器参数。
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