CN103986344B - 单位功率因数单级ac‑dc隔离变换器的控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了单位功率因数单级AC‑DC隔离变换器的控制系统及控制方法，包括二次侧复合控制器、电流控制器、开关信号发生器、乘法器以及除法器，二次侧复合控制器接收单级AC‑DC隔离变换器二次侧直流母线电压、电流信号及二次侧直流母线参考电压、电流信号，二次侧复合控制器将接收的电压及电流进行处理转换为交流电流参考有效值；交流电流参考有效值与电压值经过乘法器运算后为一次侧电流参考信号，一次侧电流参考信号、一次侧电流信号、一次侧电压信号及二次侧电压信号均输入至电流控制器；本发明实现双向单级AC‑DC或DC‑AC隔离变换，方便用于电池充/放电或光伏并网发电，也可实现级联模块化单级隔离AC‑DC变换，作为电力电子变压器用于高电压交流输入应用场合。

Description

单位功率因数单级AC-DC隔离变换器的控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及电力电子变换技术领域，具体涉及一种具有单位功率因数的隔离单级AC-DC隔离变换器及其控制方法。

背景技术

AC-DC隔离变换器一般由整流器和隔离型DC-DC变换器组成，这类AC-DC变换器由于整流器后需并联大容量滤波电容器，功率因数较低。为提高功率因数，现有技术一般采用在整流器与隔离型DC-DC变换器之间增加一级功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)电路，如图1所示。这类AC-DC隔离变换器采用两级高频变换，即PFC高频变换和隔离型DC-DC高频变换，使得变换效率降低，由于这两级高频变换需要两套不同功能的控制系统，因此具有控制电路复杂、成本较高等缺点。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了单位功率因数单级AC-DC隔离变换器及其控制方法，本申请具有实现单级高频变换，能够实现单位功率因数，具有升降压能力，可实现输出电压/电流宽范围控制等优点。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

单位功率因数单级AC-DC隔离变换器的控制系统，包括二次侧复合控制器和一次侧电流控制单元，所述一次侧电流控制单元包括电流控制器、开关信号发生器、乘法器以及除法器，所述二次侧复合控制器接收单级AC-DC隔离变换器二次侧直流母线电压信号、二次侧直流母线电流信号及二次侧直流母线参考电压信号、二次侧直流母线参考电流信号，二次侧复合控制器将接收的上述电压及电流信号进行处理转换为交流电流参考有效值；

交流电流参考有效值与电压值经过乘法器运算后为一次侧电流参考信号，一次侧电流参考信号、一次侧直流母线电流信号、一次侧直流母线电压信号及二次侧直流母线电压信号均输入至电流控制器；

电流控制器输出信号连接开关信号发生器的两个输入端，开关信号发生器的输出信号连接单级AC-DC隔离变换器中的隔离型DC-DC变换器的功率开关管，用于控制功率开关管的通断，所述开关信号发生器的一个输入端还与开关同步信号相连；

所述交流电流参考有效值与电压值经过乘法器运算后为一次侧电流参考信号，电压值为一次侧直流母线电压信号通过除法器除以输入交流电压额定值U_sN后的输出值。

所述交流电流参考有效值与电压值经过乘法器运算后为一次侧电流参考信号，电压值替换为输入交流电源u_s同频同相的单位幅值正弦信号u_sin的绝对值|u_sin|。

所述单级AC-DC隔离变换器包括交流电源及与交流电源相连的滤波电路，所述滤波电路将滤波后的信号传送至整流器整流处理，经过整流器整流的信号传送至隔离型DC-DC变换器的输入端，隔离型DC-DC变换器的输出端与电容C1并联后与负载相连。

所述整流器为无源整流器，为四个二极管组成的单相全桥整流器电路。

所述整流器为有源H桥整流器，为四个带反并联二极管的功率开关管组成的H桥变换电路。

所述隔离型DC-DC变换器高频变压器，与高频变压器的一次侧相连的一次侧变换电路和与高频变压器的二次侧相连的二次侧变换电路，所述高频变压器由至少一个电感与高频变压器绕组串联。

所述电感为独立电感或者所述高频变压器的漏感。

所述一次侧变换电路及二次侧变换电路为四个带反并联二极管的功率开关管组成的H桥变换电路。

所述一次侧变换电路及二次侧变换电路为两个带反并联二极管的功率开关管和两个电容器组成的半桥变换电路，其中两个所述功率开关管串联构成所述半桥变换器的一个桥臂，所述两个电容器串联组成构成所述半桥变换器的另一个桥臂。

所述一次侧变换电路及二次侧变换电路为两个带反并联二极管的功率开关管和两个二极管组成的H桥混合变换器，其中一个二极管与一个功率开关管串联构成所述H桥变换器的一个桥臂，另一个二极管与另一个功率开关管串联构成所述H桥变换器的另一个桥臂，即所述H桥变换器的两个上管或两个下管用二极管代替，形成所述H桥混合变换电路。

一种级联模块化的单位功率因数单级AC-DC隔离变换器系统，它包括N(N为大于等于1的整数)个单位功率因数单级AC-DC隔离变换器、N个一次侧电流控制单元和一个二次侧复合控制器；所述一次侧电流控制单元包括电流控制器、开关信号发生器、乘法器以及所述除法器。

N个所述单级AC-DC隔离变换器的交流输入端采用级联式连接，N个所述单级AC-DC隔离变换器的二次直流母线的正/负极分别并联连接，每个所述一次侧电流控制单元对应每个所述单位功率因数单级AC-DC隔离变换器，所述二次侧复合控制器的输出信号I_s ^*连接到每个所述一次侧电流控制单元的输入端I_s ^*；N个所述一次侧电流控制单元的开关同步信号CLK的频率相同，并且CLK1、CLK2、…,CLK_N可以依次移相180°/N。

所述二次侧复合控制器接收每个单级AC-DC隔离变换器二次侧直流母线电压信号、二次侧直流母线电流信号及二次侧直流母线参考电压信号、二次侧直流母线参考电流信号，二次侧复合控制器将接收的上述电压及电流信号进行处理转换为交流电流参考有效值；

每个所述一次侧电流控制单元中，交流电流参考有效值与电压值经过乘法器运算后为一次侧电流参考信号，一次侧电流参考信号、一次侧直流母线电流信号、一次侧直流母线电压信号及二次侧直流母线电压信号均输入至电流控制器；

电流控制器输出信号连接开关信号发生器的两个输入端，开关信号发生器的输出信号连接单级AC-DC隔离变换器中的隔离型DC-DC变换器的功率开关管，用于控制功率开关管的通断，所述开关信号发生器的一个输入端还与开关同步信号相连；

所述交流电流参考有效值与电压值经过乘法器运算后为一次侧电流参考信号，电压值为一次侧直流母线电压信号通过除法器除以输入交流电压额定值U_sN后的输出值。

单位功率因数单级AC-DC隔离变换器的控制系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤一：检测所述AC-DC隔离变换器中的隔离型DC-DC变换器的一次侧直流母线电压信号u_d1和一次侧直流母线电流信号i_d1以及二次侧直流母线电压信号u_d2和二次侧直流母线电流信号i_d2；

步骤二：将二次侧直流母线参考电压信号u_d2 ^*和二次侧直流母线参考电流信号i_d2 ^*以及所述二次侧直流母线电压信号u_d2和二次侧直流母线电流信号i_d2的检测值经过二次侧复合控制器处理后产生交流电流参考有效值I_s ^*；

步骤三：一次侧直流母线电压信号u_d1除以输入交流电压额定值U_sN，再与所述交流电流参考有效值I_s ^*相乘，得到所述一次侧电流参考信号i_d1 ^*，即式中U_sN表示所述输入交流电压额定值；

步骤四：将所述一次侧电流参考信号i_d1 ^*、一次侧直流母线电压信号u_d1和一次侧直流母线电流信号i_d1以及二次侧直流母线电压信号u_d2的检测值送入到电流控制器进行综合处理后输出F₁和F₂，其中F₁和F₂分别为一次侧和二次侧变换器的控制量；

步骤五：将F₁和F₂送入开关信号发生器单元处理后，输出产生所述隔离型DC-DC变换器的一次侧和二次侧功率开关管的开关控制信号。

所述步骤一中还包括检测所述AC-DC隔离变换器的输入交流电压u_s，经过绝对值运算后，代替所述一次侧直流母线电压u_d1，即u_d1＝|u_s|。

所述步骤一和步骤二中，当不需要对所述二次侧直流母线电流i_d2进行控制时，忽略对i_d2检测和处理。

所述步骤一中，所述一次侧直流母线电流信号i_d1和二次侧直流母线电流信号i_d2的检测，可以通过检测所述功率开关管电流予以替代。

所述步骤三中，u_d1/U_sN可以用与所述输入交流电压信号u_s同频同相的单位幅值正弦信号u_sin的绝对值|u_sin|代替，所述一次侧直流母线电流参考i_d1 ^*为i_d1 ^*＝I_s ^**|u_sin|。

工作原理：开关信号发生器的输出信号连接所述单级AC-DC隔离变换器中的隔离型DC-DC变换器的功率开关管，用于控制功率开关管的通断；电流控制器的输出信号F₁和F₂连接所述开关信号发生器的两个输入端，一个开关同步信号CLK连接开关信号发生器的第三输入端；二次侧复合控制器的输出信号I_s ^*，作为输入交流电流有效值参考，隔离型DC-DC变换器一次侧直流母线电压检测信号u_d1通过除法器除以输入交流电压额定值U_sN后输出u_unit，即将I_s ^*与u_unit通过乘法器相乘后输出为一次侧电流参考信号i_d1 ^*，即乘法器的输出信号i_d1 ^*、隔离型DC-DC变换器的一次侧直流母线电压检测信号u_d1和电流检测信号i_d1，以及隔离型DC-DC变换器的二次侧直流母线电压检测信号u_d2连接到电流控制器的输入端。所述二次侧直流母线电压u_d2和电流i_d2检测信号以及所述二次侧直流母线电压u_d2 ^*和电流参考信号i_d2 ^*连接到所述二次侧复合控制器的输入端。二次侧复合控制器实现二次侧电压或电流的闭环控制。当二次侧负载为蓄电池或太阳能电池时，二次侧复合控制器实现对电池的充放电闭环控制。开关信号发生器根据输入信号F₁与CLK信号，控制所述隔离型DC-DC变换器的一次侧变换器开关管的通断，根据输入信号F₂与CLK信号，控制所述隔离型DC-DC变换器的二次侧变换器开关管的通断，其中CLK信号为开关同步信号。开关信号发生器可以采用移相控制、峰值电流控制或者其他控制方式产生输出开关控制信号。

除法器的输出u_unit＝u_d1/U_sN，可以用与所述输入交流电压u_s同频同相的单位幅值正弦信号u_sin的绝对值|u_sin|代替，即所述一次侧电流参考信号i_d1 ^*为i_d1 ^*＝I_s ^**|u_sin|。

一种级联模块化的单位功率因数单级AC-DC隔离变换器系统，N个所述单级AC-DC隔离变换器的交流输入端采用级联式连接，即第1单级AC-DC隔离变换器的第一交流输入端ac1连接到交流电源的一个输入端，第2单级AC-DC隔离变换器的第一交流输入端ac1连接到所述第1单级AC-DC隔离变换器的第二交流输入端ac2，第3单级AC-DC隔离变换器的第一交流输入端ac1连接到所述第2单级AC-DC隔离变换器的第二交流输入端ac2，以此类推，第N单级AC-DC隔离变换器的第一交流输入端ac1连接到所述第N-1单级AC-DC隔离变换器的第二交流输入端ac2，第N单级AC-DC隔离变换器的第二交流输入端ac2连接到所述交流电源的另一个输入端。N个所述单级AC-DC隔离变换器的二次直流母线的正/负极分别并联连接，即N个所述单级AC-DC隔离变换器的二次直流母线正极连接在一起，N个所述单级AC-DC隔离变换器的二次直流母线负极连接在一起。每个所述一次侧电流控制单元对应每个所述单位功率因数单级AC-DC隔离变换器，所述二次侧复合控制器的输出信号I_s ^*连接到每个所述一次侧电流控制单元的输入端I_s ^*。N个所述一次侧电流控制单元的开关同步信号CLK的频率相同，并且CLK1、CLK2、…,CLKn可以依次移相180°/N。

作为本发明的另一种改进，一种三相单位功率因数单级AC-DC隔离变换器系统，它包括三个N(N为大于等于1的整数)模块化单级AC-DC隔离变换器系统和一个二次侧复合控制器，其中三个N模块化单级AC-DC隔离变换器进行Y形或△形连接，构成三相单级AC-DC隔离变换器系统；所述N模块化单级AC-DC隔离变换器的电流参考输入端I_s ^*连接在一起，并与所述二次侧复合控制器的输出端I_s ^*相连。

本发明的有益效果：

(1)本发明提供一种单级AC-DC隔离变换器电路及控制方法，整个变换系统只需要一级高频变换环节和一级大容量电容滤波环节，提高了变换效率，降低了成本。

(2)本发明能够实现单位功率因数，具有升降压能力，可实现输出电压/电流的宽范围控制。

(3)本发明可采用级联模块化技术，各模块之间实现自动均压，可作为电力电子变压器，用于高电压交流输入应用场合。

(4)本发明可用于三相单位功率因数单级AC-DC隔离变换器。

(5)本发明可实现双向单级AC-DC或DC-AC隔离变换，方便用于电池充/放电或光伏并网发电。

附图说明

图1为现有的双级AC-DC隔离变换器；

图2为本发明的单级AC-DC隔离变换器；

图3为一种无源整流器拓扑结构；

图3a为一种H桥有源整流器拓扑结构；

图4为图3a的H桥有源整流器的同步整流控制单元；

图5为一种DC-DC全桥隔离型变换器主电路拓扑结构；

图5a为图5的另一种形式；

图6为一种DC-DC半桥隔离型变换器主电路拓扑结构；

图6a为图6的另一种形式；

图7为一种双向DC-DC全桥隔离型变换器主电路拓扑结构；

图8为本发明的一种单级AC-DC隔离变换器控制系统；

图9为本发明的另一种单级AC-DC隔离变换器控制系统；

图10为本发明的级联模块化单级AC-DC隔离变换器系统；

图11为本发明的三相Y形连接级联模块化单级AC-DC隔离变换器系统；

图11a为本发明的三相△形连接级联模块化单级AC-DC隔离变换器系统；

其中，1、滤波电路，2、整流器，3、隔离型DC-DC变换器，4、单级AC-DC隔离变换器，5、二次侧复合控制器，6、一次侧电流控制单元，7、电流控制器，8、开关信号发生器，9、乘法器，10、除法器，11、锁相环(PLL)，12、比较器，13、反相器，14、同步整流控制单元，15、N模块单级AC-DC隔离变换器系统。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

图2给出了本发明的单位功率因数单级AC-DC隔离变换器主电路方块图，它包括交流侧滤波电路1、整流器电路2和隔离型DC-DC变换器3。整流器电路2和隔离型DC-DC变换器3之间无需并联大容量滤波电容器。

图3给出了一种无源整流器电路结构图2，包括四个二极管Z1～Z4，组成公知的单相全桥整流器电路。

图3a给出了一种有源H桥整流器电路结构图2，包括四个带反并联二极管的功率开关管Q1～Q4，组成公知的H桥变换电路。

图4给出了的有源H桥整流器2的同步整流控制单元14，图中，通过比较器12实现对输入交流电压的比较，反相器13实现逻辑反相。当输入交流电压u_s大于0时，所述比较器12输出逻辑“1”，所述反相器13输出为逻辑“0”，控制图3a所示的有源H桥整流器的开关管Q1和Q4导通，Q2和Q3截止，反之，当输入交流电压u_s小于0时，所述比较器12输出逻辑“0”，所述反相器13输出为逻辑“1”，控制图3a所示的有源H桥整流器的开关管Q2和Q3导通，Q1和Q4截止。

图5给出了一种单向DC-DC全桥隔离型变换器主电路拓扑结构，图中，一次侧为H桥高频变换器，二次侧为H桥混合变换电路(即H桥变换器的两个上管或两个下管用二极管代替)，一次侧与二次侧之间为串有电感Ls的高频变压器Tr(电感Ls可以由变压器Tr的漏电感替代)。该拓扑具有升/降压控制能力，即或该拓扑功率为单向流动，实现功率由一次侧向二次侧流动，整流器电路2可采用图3。

图5a给出了另一种单向DC-DC全桥隔离型变换器主电路拓扑结构，与图5的不同点在于，图5a实现功率由二次侧向一次侧流动，并且整流器电路2需采用图3a所示的有源H桥整流器。

图6给出了一种单向DC-DC半桥隔离型变换器主电路拓扑结构，与图5的不同点在于，图6的一次侧为半桥高频变换器。

图6a给出了一种单向DC-DC半桥隔离型变换器主电路拓扑结构，与图5a的不同点在于，图6a的二次侧为半桥高频变换器。

图7给出了一种双向DC-DC全桥隔离型变换器主电路拓扑结构，图中一次侧和二次侧都采用H桥高频变换器，整流器电路2采用图3a所示的有源H桥整流器，可实现功率在一次侧和二次侧之间的双向流动。该拓扑同样具有升/降压控制能力，即或

实施例1：

图2中的整流器2由图3实现、DC-DC隔离型变换器3由图5实现，就构成一种单向单位功率因数单级全桥型AC-DC隔离变换器主电路拓扑，其功率由输入交流侧(AC)侧向直流(DC)侧负载传输(即图2中，功率由左侧向右侧传输)。一次侧直流母线电流i_d1的检测可用检测开关管电流i_s2和i_s4或i_s1和i_s3经过加法后取代，二次侧直流母线电流i_d2的检测可用检测开关管电流i_s6和i_s8经过加法后取代。

实施例2：

图2中的整流器2由图3a实现、DC-DC隔离型变换器3由图5a实现，就构成一种单向单位功率因数单级全桥型并网DC-AC隔离变换器主电路拓扑，其功率由直流侧(DC)负载向输入交流侧(AC)侧传输(即图2中，功率由右侧向左侧传输)。一次侧直流母线电流i_d1的检测可用检测开关管电流i_s2和i_s4经过加法后取代，二次侧直流母线电流i_d2的检测可用检测开关管电流i_s6和i_s8或i_s5和i_s7经过加法后取代。

实施例3：

图2中的整流器2由图3实现、DC-DC隔离型变换器3由图6实现，就构成一种单向单位功率因数单级半桥型AC-DC隔离变换器主电路拓扑，其功率由输入交流侧(AC)侧向直流(DC)侧负载传输(即图2中，功率由左侧向右侧传输)。

实施例4：

图2中的整流器2由图3a实现、DC-DC隔离型变换器3由图6a实现，就构成一种单向单位功率因数单级半桥型并网DC-AC隔离变换器主电路拓扑，其功率由直流侧(DC)负载向输入交流侧(AC)侧传输(即图2中，功率由右侧向左侧传输)。

实施例5：

图2中的整流器2由图3a实现、DC-DC隔离型变换器3由图7实现，就构成一种双向单位功率因数单级全桥型AC-DC隔离变换器主电路拓扑，其功率可以实现双向传输。一次侧直流母线电流i_d1的检测可用检测开关管电流i_s2和i_s4或i_s1和i_s3经过加法后取代，二次侧直流母线电流i_d2的检测可用检测开关管电流i_s6和i_s8或i_s5和i_s7经过加法后取代。

实施例6

图8给出了本发明的一种单级AC-DC隔离变换器控制系统，它包括二次侧复合控制器5和一次侧电流控制单元6。所述一次侧电流控制单元6包括电流控制器7、开关信号发生器8、乘法器9以及除法器10。所述开关信号发生器8的输出信号连接所述单级AC-DC隔离变换器4中的隔离型DC-DC变换器3的功率开关管，用于控制功率开关管的通断；所述电流控制器7的输出信号F₁和F₂连接所述开关信号发生器8的两个输入端，一个开关同步信号CLK连接所述开关信号发生器8的第三输入端；所述二次侧复合控制器5的输出信号I_s ^*，作为输入交流电流有效值参考，所述隔离型DC-DC变换器3一次侧直流母线电压检测信号u_d1通过所述除法器10除以输入交流电压额定值U_sN后输出u_unit，即将I_s ^*与u_unit通过所述乘法器9相乘后输出为一次侧电流参考信号i_d1 ^*，即所述乘法器9的输出信号i_d1 ^*、所述隔离型DC-DC变换器3的一次侧直流母线电压检测信号u_d1和电流检测信号i_d1，以及所述隔离型DC-DC变换器3的二次侧直流母线电压检测信号u_d2连接到所述电流控制器7的输入端。所述二次侧直流母线电压u_d2和电流i_d2检测信号以及所述二次侧直流母线电压u_d2 ^*和电流参考信号i_d2 ^*连接到所述二次侧复合控制器5的输入端。

所述二次侧复合控制器5实现二次侧电压或电流的闭环控制。当二次侧负载为蓄电池或太阳能电池时，所述二次侧复合控制器5实现对电池的充放电闭环控制。

所述开关信号发生器8根据输入信号F₁与CLK信号，控制所述隔离型DC-DC变换器3的一次侧变换器开关管S1～S4的通断，根据输入信号F₂与CLK信号，控制所述隔离型DC-DC变换器3的二次侧变换器开关管S5～S8的通断，其中CLK信号为开关同步信号。所述开关信号发生器8可以采用移相控制、峰值电流控制或者其他控制方式产生输出开关控制信号。

所述开关信号发生器8采用移相控制时，针对实施例1，F₁表示一次侧左/右桥臂开关信号之间的移相角，F₂表示二次侧与一次侧开关信号之间的移相角，二次侧开关管S6和S8为方波互补控制。针对实施例2，F₂表示二次侧左/右桥臂开关信号之间的移相角，F₁表示一次侧与二次侧开关信号之间的移相角，一次侧开关管S2和S4为方波互补控制。针对实施例3，F₁表示一次侧开关管S1和S2开关信号的脉冲宽度，F₂表示二次侧与一次侧开关信号之间的移相角，二次侧开关管S6和S8为方波互补控制。针对实施例4，F₂表示开关管S5和S6开关信号的脉冲宽度，F₁表示一次侧与二次侧开关信号之间的移相角，一次侧开关管S2和S4为方波互补控制。针对实施例5，当功率由输入交流侧(AC)侧向直流(DC)侧负载传输(即图2中，功率由左侧向右侧传输)时，F₁表示一次侧左/右桥臂开关信号之间的移相角，F₂表示二次侧与一次侧开关信号之间的移相角，二次侧开关管S6和S8为方波互补控制，开关管S5和S7截止；当功率由直流侧(DC)负载向输入交流侧(AC)侧传输(即图2中，功率由右侧向左侧传输)时，F₂表示二次侧左/右桥臂开关信号之间的移相角，F₁表示一次侧与二次侧开关信号之间的移相角，一次侧开关管S2和S4为方波互补控制，开关管S1和S3截止。

当所述整流器2采用图3a所示的有源H桥整流器时，由图4所示的同步整流控制电路14实现所述有源H桥整流器2的同步整流。

实施例7

图9给出了本发明的另一种单级AC-DC隔离变换器控制系统，与图8的主要区别在于：图8中的乘法器9的一个输入u_unit用与所述输入交流电压u_s同频同相的单位幅值正弦信号u_sin的绝对值|u_sin|代替，其中|u_sin|为锁相环(PLL)11的输出u_sin再求绝对值，这样所述一次侧直流母线电流参考i_d1 ^*为i_d1 ^*＝I_s ^**|u_sin|。

实施例8

图10给出了一种级联模块化单级AC-DC隔离变换器系统，它包括N(N为大于等于1的整数)个所述单位功率因数单级AC-DC隔离变换器4、N个所述一次侧电流控制单元6和一个二次侧复合控制器5。N个所述单级AC-DC隔离变换器4的交流输入端采用级联式连接，即第1单级AC-DC隔离变换器4的第一交流输入端ac1连接到交流电源的一个输入端，第2单级AC-DC隔离变换器的第一交流输入端ac1连接到所述第1单级AC-DC隔离变换器4的第二交流输入端ac2，第3单级AC-DC隔离变换器4的第一交流输入端ac1连接到所述第2单级AC-DC隔离变换器4的第二交流输入端ac2，以此类推，第N单级AC-DC隔离变换器4的第一交流输入端ac1连接到所述第N-1单级AC-DC隔离变换器4的第二交流输入端ac2，第N单级AC-DC隔离变换器4的第二交流输入端ac2连接到所述交流电源的另一个输入端。N个所述单级AC-DC隔离变换器4的二次直流母线的正/负极分别并联连接，即N个所述单级AC-DC隔离变换器4的二次直流母线正极连接在一起，N个所述单级AC-DC隔离变换器4的二次直流母线负极连接在一起。

每个所述一次侧电流控制单元6对应每个所述单位功率因数单级AC-DC隔离变换器4，所述二次侧复合控制器5的输出信号I_s ^*连接到每个所述一次侧电流控制单元6的输入端I_s ^*。N个所述一次侧电流控制单元6的开关同步信号CLK的频率相同，并且CLK1、CLK2、…,CLKn可以依次移相180°/N。

所述单位功率因数单级AC-DC隔离变换器4可以是由实施例1～4中的单向单级AC-DC隔离变换器构成，也可以是实施例5中的双向单级AC-DC隔离变换器构成。

实施例9

图11给出了一种三相Y形连接级联模块化单级AC-DC隔离变换器系统，它包括三个N(N为大于等于1的整数)模块单级AC-DC隔离变换器系统15和一个二次侧复合控制器5。所述三个N模块单级AC-DC隔离变换器系统15的第一交流输入端N1分别连接三相电源的输出，所述三个N模块单级AC-DC隔离变换器系统15的第二交流输入端N2连接在一起；所述三相N模块单级AC-DC隔离变换器系统15的电流参考输入端I_s ^*连接在一起，并与所述二次侧复合控制器5的输出端I_s ^*相连。

实施例10

图11a给出了一种三相△形连接级联模块化单级AC-DC隔离变换器系统，它包括三个N(N为大于等于1的整数)模块单级AC-DC隔离变换器系统15和一个二次侧复合控制器5。所述三个N模块单级AC-DC隔离变换器系统15的两个交流输入端N1和N2分别依次跨接在三相电源的输出，即a相N模块单级AC-DC隔离变换器系统15的两个交流输入端N1和N2跨接在a相和b相电源输出，b相N模块单级AC-DC隔离变换器系统15的两个交流输入端N1和N2跨接在b相和c相电源输出，c相N模块单级AC-DC隔离变换器系统15的两个交流输入端N1和N2跨接在c相和a相电源输出；所述三相N模块单级AC-DC隔离变换器系统15的电流参考输入端I_s ^*连接在一起，并与所述二次侧复合控制器5的输出端I_s ^*相连。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.单位功率因数单级AC-DC隔离变换器的控制系统，包括二次侧复合控制器和一次侧电流控制单元，所述一次侧电流控制单元包括电流控制器、开关信号发生器、乘法器以及除法器，所述二次侧复合控制器接收单级AC-DC隔离变换器二次侧直流母线电压信号、二次侧直流母线电流信号及二次侧直流母线参考电压信号、二次侧直流母线参考电流信号，二次侧复合控制器将接收的上述电压及电流信号进行处理转换为交流电流参考有效值；

交流电流参考有效值与电压值经过乘法器运算后为一次侧电流参考信号，一次侧电流参考信号、一次侧直流母线电流信号、一次侧直流母线电压信号及二次侧直流母线电压信号均输入至电流控制器；

电流控制器输出信号连接开关信号发生器的两个输入端，开关信号发生器的输出信号连接单级AC-DC隔离变换器中的隔离型DC-DC变换器的功率开关管，用于控制功率开关管的通断，所述开关信号发生器的一个输入端还与开关同步信号相连；

所述交流电流参考有效值与电压值经过乘法器运算后为一次侧电流参考信号，电压值为一次侧直流母线电压信号通过除法器除以输入交流电压额定值U_sN后的输出值。

2.如权利要求1所述的单位功率因数单级AC-DC隔离变换器的控制系统，其特征是，所述交流电流参考有效值与电压值经过乘法器运算后为一次侧电流参考信号，电压值替换为输入交流电源u_s同频同相的单位幅值正弦信号u_sin的绝对值|u_sin|。

3.如权利要求1所述的单位功率因数单级AC-DC隔离变换器的控制系统，其特征是，所述单级AC-DC隔离变换器包括交流电源及与交流电源相连的滤波电路，所述滤波电路将滤波后的信号传送至整流器整流处理，经过整流器整流的信号传送至隔离型DC-DC变换器的输入端，隔离型DC-DC变换器的输出端与电容C1并联后与负载相连。

4.如权利要求3所述的单位功率因数单级AC-DC隔离变换器的控制系统，其特征是，所述隔离型DC-DC变换器包括高频变压器，与高频变压器的一次侧相连的一次侧变换电路和与高频变压器的二次侧相连的二次侧变换电路，所述高频变压器由至少一个电感与高频变压器绕组串联；所述电感为独立电感或者所述高频变压器的漏感。

5.如权利要求1所述的单位功率因数单级AC-DC隔离变换器的控制系统的控制方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤一：检测所述AC-DC隔离变换器中的隔离型DC-DC变换器的一次侧直流母线电压信号u_d1和一次侧直流母线电流信号i_d1以及二次侧直流母线电压信号u_d2和二次侧直流母线电流信号i_d2；

步骤二：将二次侧直流母线参考电压信号u_d2 ^*和二次侧直流母线参考电流信号i_d2 ^*以及所述二次侧直流母线电压信号u_d2和二次侧直流母线电流信号i_d2的检测值经过二次侧复合控制器处理后产生交流电流参考有效值I_s ^*；

步骤三：一次侧直流母线电压信号u_d1除以输入交流电压额定值U_sN，再与所述交流电流参考有效值I_s ^*相乘，得到所述一次侧电流参考信号i_d1 ^*，即式中U_sN表示所述输入交流电压额定值；

步骤四：将所述一次侧电流参考信号i_d1 ^*、一次侧直流母线电压信号u_d1和一次侧直流母线电流信号i_d1以及二次侧直流母线电压信号u_d2的检测值送入到电流控制器进行综合处理后输出F₁和F₂，其中F₁和F₂分别为一次侧和二次侧变换器的控制量；

步骤五：将F₁和F₂送入开关信号发生器单元处理后，输出产生所述隔离型DC-DC变换器的一次侧和二次侧功率开关管的开关控制信号。

6.如权利要求5所述的控制方法，其特征是，所述步骤一中还包括检测所述AC-DC隔离变换器的输入交流电压u_s，经过绝对值运算后，代替所述一次侧直流母线电压信号u_d1，即u_d1＝|u_s|。

7.如权利要求5所述的控制方法，其特征是，所述步骤一中，所述一次侧直流母线电流信号i_d1和二次侧直流母线电流信号i_d2的检测，可以通过检测所述功率开关管电流予以替代。

8.如权利要求5所述的控制方法，其特征是，所述步骤三中，u_d1/U_sN可以用与所述输入交流电压u_s同频同相的单位幅值正弦信号u_sin的绝对值|u_sin|代替，所述一次侧电流参考信号i_d1 ^*为：i_d1 ^*＝I_s ^**|u_sin|。

9.一种级联模块化的单位功率因数单级AC-DC隔离变换器系统，其特征是，它包括N个单位功率因数单级AC-DC隔离变换器、N个一次侧电流控制单元和一个二次侧复合控制器；所述一次侧电流控制单元包括电流控制器、开关信号发生器、乘法器以及除法器；

N个所述单级AC-DC隔离变换器的交流输入端采用级联式连接，N个所述单级AC-DC隔离变换器的二次直流母线的正/负极分别并联连接，每个所述一次侧电流控制单元对应每个所述单位功率因数单级AC-DC隔离变换器，所述二次侧复合控制器的输出信号I_s ^*连接到每个所述一次侧电流控制单元的输入端I_s ^*；N个所述一次侧电流控制单元的开关同步信号CLK的频率相同，并且CLK1、CLK2、…,CLK_N可以依次移相180°/N；

所述二次侧复合控制器接收每个单级AC-DC隔离变换器二次侧直流母线电压信号、二次侧直流母线电流信号及二次侧直流母线参考电压信号、二次侧直流母线参考电流信号，二次侧复合控制器将接收的上述电压及电流信号进行处理转换为交流电流参考有效值；

每个所述一次侧电流控制单元中，交流电流参考有效值与电压值经过乘法器运算后为一次侧电流参考信号，一次侧电流参考信号、一次侧直流母线电流信号、一次侧直流母线电压信号及二次侧直流母线电压信号均输入至电流控制器；

电流控制器输出信号连接开关信号发生器的两个输入端，开关信号发生器的输出信号连接单级AC-DC隔离变换器中的隔离型DC-DC变换器的功率开关管，用于控制功率开关管的通断，所述开关信号发生器的一个输入端还与开关同步信号相连；

所述交流电流参考有效值与电压值经过乘法器运算后为一次侧电流参考信号，电压值为一次侧直流母线电压信号通过除法器除以输入交流电压额定值U_sN后的输出值。