CN108418413B - 一种三相交错pfc控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三相交错PFC控制方法及系统，通过确定需要开通的通道数量N；获取每个通道的累积运行时间；开通累积运行时间短的N个通道，计算每个开通的通道的累积运行时间；PFC运行设定时间后，重复执行上述步骤；因此，本发明通过选通累积运行时间短的通道，并在PFC运行设定时间后重新选通累积运行时间短的通道，从而均衡三个通道的工作时间，延长了整个PFC的使用寿命。

Description

一种三相交错PFC控制方法及系统

技术领域

本发明属于电子技术领域，具体地说，是涉及一种三相交错PFC控制方法及系统。

背景技术

三相交错PFC有三个通道，每个通道的主要功率器件为高频电感、高频IGBT、高频二极管。通常的控制方式为：当功率较小时，开启第一通道、第二通道，第二通道不导通；当功率较大时，开启第一通道、第二通道、第三通道。若电路长时间在小功率负载下运行，第三通道的利用率很低，造成第一通道、第二通道长时间工作，寿命降低，而第三通道几乎不工作，寿命很长。

由此就会造成，当第一通道、第二通道的功率器件的运行时间达到器件的设计时间而损坏时，第三通道的功率器件的寿命还远远没有达到设计的工作时间。但是由于第一通道、第二通道的损坏，整个PFC仍然报废，因此，导致目前的PFC的使用寿命较短。

发明内容

本发明提供了一种三相交错PFC控制方法，延长了PFC的使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种三相交错PFC控制方法，所述PFC包括三个通道；所述控制方法包括：

（1）确定需要开通的通道数量N，N为≤3的正整数；

（2）获取每个通道的累积运行时间；

（3）开通累积运行时间短的N个通道，PFC运行，计算每个开通的通道的累积运行时间；

（4）PFC运行设定时间后，返回步骤（1）。

进一步的，在PFC运行过程中，所述控制方法还包括：

采集PFC的输出电压；

若输出电压＞设定电压上限值，则PFC停止运行，并提示过压故障；

若设定电压下限值≤输出电压≤设定电压上限值，则PFC正常运行；

若输出电压＜设定电压下限值，则PFC停止运行，并提示欠压故障。

又进一步的，在PFC运行过程中，所述控制方法还包括：

采集每个开通的通道的电流值；

若存在电流值＞第一设定电流值，则PFC停止运行，并提示过流故障；

若存在电流值＜第二设定电流值，则PFC停止运行，并提示欠流故障；

其中，第二设定电流值＜第一设定电流值。

更进一步的，在PFC运行过程中，所述控制方法还包括：

（31）采集每个开通的通道的电流值；

（32）若存在电流值∈[设定电流上限值，+∞)，则PFC停止运行；

（33）若存在电流值∈(第一设定电流值，设定电流上限值)，则判断当前开通的通道数量是否＜3；

若是，则在处于关闭状态的通道中选择一个累积运行时间最短的通道开通，返回步骤（31）；

若否，则PFC停止运行；

（34）若每一个电流值均∈[第二设定电流值，第一设定电流值]，则PFC正常运行；

（35）若存在电流值∈(设定电流下限值，第二设定电流值)，则判断当前开通的通道数量是否＞1；

若是，则在处于开启状态的通道中选择一个累积运行时间最长的通道关闭，返回步骤（31）；

若否，则PFC停止运行；

（36）若存在电流值∈（-∞，设定电流下限值]，则PFC停止运行。

优选的，在步骤（32）中，在PFC停止运行之前，所述控制方法还包括：

控制电流值∈[设定电流上限值，+∞)的通道关闭；

采集每个开通的通道的电流值；

判断每个开通的通道的电流值是否∈[第二设定电流值，第一设定电流值] ；

若是，则PFC正常运行；

若否，则PFC停止运行。

优选的，在步骤（33）中，在PFC停止运行之前，所述控制方法还包括：

控制电流值∈(第一设定电流值，设定电流上限值)的通道关闭；

采集每个开通的通道的电流值；

判断每个开通的通道的电流值是否∈[第二设定电流值，第一设定电流值] ；

若是，则PFC正常运行；

若否，则PFC停止运行。

优选的，在步骤（35）中，在PFC停止运行之前，所述控制方法还包括：

控制电流值∈(设定电流下限值，第二设定电流值)的通道关闭；

采集每个开通的通道的电流值；

判断每个开通的通道的电流值是否∈[第二设定电流值，第一设定电流值] ；

若是，则PFC正常运行；

若否，则PFC停止运行。

优选的，在步骤（36）中，在PFC停止运行之前，所述控制方法还包括：

控制电流值∈（-∞，设定电流下限值]的通道关闭；

采集每个开通的通道的电流值；

判断每个开通的通道的电流值是否∈[第二设定电流值，第一设定电流值] ；

若是，则PFC正常运行；

若否，则PFC停止运行。

进一步的，在PFC的输出端设置有分压电路，通过分压电路获取PFC的输出电压。

基于上述三相交错PFC控制方法的设计，本发明还提出了一种三相交错PFC控制系统，包括三相交错PFC和控制器；所述控制器包括：

通道数量确定模块，用于确定需要开通的通道数量N，N为≤3的正整数；

累积运行时间获取模块，用于获取每个通道的累积运行时间；

累积运行时间计算模块，用于计算、存储每个通道的累积运行时间；

开通模块，用于开通累积运行时间短的N个通道；

电压采集模块，用于采集PFC的输出电压；

电流采集模块，用于采集通道的电流值；

判断模块，用于根据输出电压或者电流值判断PFC是否正常运行。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的三相交错PFC控制方法及系统，通过确定需要开通的通道数量N；获取每个通道的累积运行时间；开通累积运行时间短的N个通道，计算每个开通的通道的累积运行时间；PFC运行设定时间后，重复执行上述步骤；因此，本发明通过选通累积运行时间短的通道，并在PFC运行设定时间后重新选通累积运行时间短的通道，从而均衡三个通道的工作时间，延长了整个PFC的使用寿命。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明提出的三相交错PFC控制方法的一个实施例的流程图；

图2是图1中PFC运行过程中的一个实施例的部分流程图；

图3是图1中PFC运行过程中的另一个实施例的部分流程图；

图4是图1中PFC运行过程中的再一个实施例的部分流程图；

图5是本发明提出的三相交错PFC控制系统的PFC的电路原理图；

图6是图5中控制器的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

三相交错PFC包括三个通道，三个通道并联，分别连接整流桥的电源正输出端和电源负输出端，第一通道包括电感L1、二极管D1、开关管IGBT1、电阻R1，第二通道包括电感L2、二极管D2、开关管IGBT2、电阻R2，第三通道包括电感L3、二极管D3、开关管IGBT3、电阻R3，在二极管D1的阴极与电源负输出端之间连接有电容DCLINK，具体电路结构参见图5所示，控制器分别与三个开关管的控制端连接，输出控制信号，控制三个开关管的通断，从而控制三个通道的通断。当需要开通某通道时，控制该通道的开关管导通；当需要关闭某通道，控制该通道的开关管关断。

本实施例的三相交错PFC控制方法，主要包括下述步骤，参见图1所示。

步骤S11：确定需要开通的通道数量N，N为≤3的正整数。

根据负载确定PFC的输出功率，根据PFC的输出功率确定需要开通的通道数量。功率较小时，开通一个通道；功率较大时，开通两个通道；功率非常大时，开通三个通道。

步骤S12：获取每个通道的累积运行时间。

第一通道的累积运行时间为t1，第二通道的累积运行时间为t2，第三通道的累积运行时间为t3。

步骤S13：开通累积运行时间短的N个通道，其余导通关闭；PFC运行，计算每个开通的通道的累积运行时间。

将三个通道的累积运行时间按照从小到大进行排序。若N=1，则开通累积运行时间最短的通道；若N=2，则开通累积运行时间较短的两个通道；若N=3,则将三个通道都开通。

若N=1，t1=t2＜t3，则开通第一通道或第二通道。

若N=2，t1=t2＞t3，则开通第三通道，以及第一通道或第二通道。

控制器控制通道开通后，计算通道的累积运行时间，并保存。

步骤S14：PFC运行设定时间后，返回步骤S11。

这N个通道此次运行了设定时间（如1小时）后，重新执行S11～S14。若在PFC运行过程中断电再上电后，则重新执行S11～S14。

本实施例的三相交错PFC控制方法，通过确定需要开通的通道数量N；获取每个通道的累积运行时间；开通累积运行时间短的N个通道，计算每个开通的通道的累积运行时间；PFC运行设定时间后，重复执行上述步骤；因此，本实施例的控制方法，通过选通累积运行时间短的通道，并在PFC运行设定时间后重新选通累积运行时间短的通道，从而均衡三个通道的工作时间，延长了整个PFC的使用寿命。

本实施例的三相交错PFC控制方法，使每一个通道交错开通及关闭，运行一段时间，休息一段时间，使每个通道的寿命充分的利用。本实施例通过均衡三相交错PFC的三个通道的工作时间，延长功率器件的寿命。若PFC长期两通道运行时，采用本实施例的控制方法，理论上PFC的寿命可以提高50%。

在PFC运行过程中，所述控制方法还包括下述步骤，参见图2所示。

步骤S21：采集PFC的输出电压。

为了便于获取较为准确的输出电压，在PFC的输出端设置有分压电路，通过分压电路获取PFC的输出电压。分压电路包括串联在一起的分压电阻R和RS，参见图5所示，控制器采集R和RS的连接节点处的电压，然后计算出PFC的输出电压。

步骤S22：若输出电压＞设定电压上限值，则PFC停止运行，并提示过压故障。

若PFC的输出电压＞设定电压上限值，说明PFC的输出电压过高，则关闭PFC所有通道，PFC停止运行，避免因过压导致PFC和负载损坏；并提示过压故障，发出警报，用以提示用户。

步骤S23：若设定电压下限值≤输出电压≤设定电压上限值，则PFC正常运行。

PFC的输出电压在正常的电压范围内，则PFC正常运行。

步骤S24：若输出电压＜设定电压下限值，则PFC停止运行，并提示欠压故障。

若PFC的输出电压＜设定电压下限值，说明PFC的输出电压过低，则关闭PFC所有通道，PFC停止运行，避免因欠压导致PFC和负载损坏，并提示欠压故障，发出警报，用以提示用户。

通过在PFC运行过程中对PFC输出电压进行采集监控，对整个PFC进行检错处理和保护，以便及时发现过压和欠压故障，及时采集措施，避免PFC和负载因电压异常而损毁。

在PFC运行过程中，所述控制方法还包括下述步骤，参见图3所示。

步骤S31：采集每个开通的通道的电流值。

开通的通道的电流值，即该通道的开关管导通后的流过开关管开关通路的电流值，即流过该通道的电阻的电流值。例如，控制器采集电阻R1两端的电压，然后除以电阻R1，即可获得第一通道的电流值I1。同理，可获得第二通道的电流值I2、第三通道的电流值I3。

步骤S32：若存在电流值＞第一设定电流值，则PFC停止运行，并提示过流故障。

在获取的开通通道的电流值中，只要存在电流值＞第一设定电流值，说明电流值较高，则关闭PFC所有通道，PFC停止运行，避免因过流导致PFC和负载损坏；并提示过流故障，发出警报，用以提示用户。

步骤S33：若每一个电流值均∈[第二设定电流值，第一设定电流值]，则PFC正常运行。

每一个开通通道的电流值均在正常的电流范围内，则PFC正常运行。

步骤S34：若存在电流值＜第二设定电流值，则PFC停止运行，并提示欠流故障。

在获取的开通通道的电流值中，只要存在电流值＜第二设定电流值，说明电流值较低，则关闭PFC所有通道，PFC停止运行，避免因欠流导致PFC和负载损坏；并提示欠流故障，发出警报，用以提示用户。

其中，第二设定电流值＜第一设定电流值。

通过在PFC运行过程中对每个开通通道的电流值进行采集监控，对整个PFC进行检错处理和保护，以便及时发现过流和欠流故障，及时采集措施，避免PFC和负载因电流异常而损毁。

作为本实施例的另一种优选设计方案，所述控制方法还包括下述步骤，参见图4所示。

步骤S41：采集每个开通的通道的电流值。

步骤S42：若存在电流值∈[设定电流上限值，+∞)，则PFC停止运行。

在获取的开通通道的电流值中，只要存在电流值≥设定电流上限值，说明电流值过高，则关闭PFC所有通道，PFC停止运行，避免因过流导致PFC和负载损坏；并提示过流故障，发出警报，用以提示用户。

作为本实施例的另一种优选设计方案，步骤S42具体包括下述步骤：

（1）当存在电流值∈[设定电流上限值，+∞)时，将电流值∈[设定电流上限值，+∞)的通道关闭。即，将电流值过高的通道关闭。

（2）采集每个开通的通道的电流值。

（3）判断每个开通的通道的电流值是否∈[第二设定电流值，第一设定电流值] 。

若是，则PFC正常运行。

若否，则PFC停止运行。

也就是说，通过将电流值过高的通道关闭，来改善电流值过高的情况，达到尽量避免PFC关闭的目的，降低PFC关闭的可能性，避免影响功率的输出。

步骤S43：若存在电流值∈(第一设定电流值，设定电流上限值)，说明电流值较高，则判断当前开通的通道数量是否＜3。

若是，说明此时开通的通道数量为1或2，则执行步骤S431：在处于关闭状态的通道中选择一个累积运行时间最短的通道开通，然后返回步骤S41。该步骤的目的是通过增开一个通道来改善电流值较高的情况，达到尽量避免PFC关闭的目的，避免影响功率的输出。

若否，说明此时三个通道都已开通，则执行步骤S432：PFC停止运行，避免因过流导致PFC和负载损坏；并提示过流故障，发出警报，用以提示用户。

作为本实施例的另一种优选设计方案，步骤S432具体包括下述步骤：

（1）当存在电流值∈(第一设定电流值，设定电流上限值)，且当前开通的通道数量=3时，则控制电流值∈(第一设定电流值，设定电流上限值)的通道关闭。即，将电流值较高的通道关闭。

（2）采集每个开通的通道的电流值。

（3）判断每个开通的通道的电流值是否∈[第二设定电流值，第一设定电流值] 。

若是，则PFC正常运行。

若否，则PFC停止运行。

也就是说，通过将电流值较高的通道关闭，来改善电流值较高的情况，达到尽量避免PFC关闭的目的，降低PFC关闭的可能性，避免影响功率的输出。

步骤S44：若每一个电流值均∈[第二设定电流值，第一设定电流值]，则PFC正常运行。

即每一个开通通道的电流值均在正常的电流范围内，则PFC正常运行。

步骤S45：若存在电流值∈(设定电流下限值，第二设定电流值)，说明电流值较低，则判断当前开通的通道数量是否＞1。

若是，说明此时开通的通道数量为2或3，则执行步骤S451：在处于开启状态的通道中选择一个累积运行时间最长的通道关闭，然后返回步骤S41。该步骤的目的是通过增停一个通道来改善电流值较低的情况，达到尽量避免PFC关闭的目的，避免影响功率的输出。

若否，说明此时只有一个通道开通，则执行步骤S452：PFC停止运行，避免因欠流导致PFC和负载损坏；并提示欠流故障，发出警报，用以提示用户。

作为本实施例的另一种优选设计方案，步骤S452具体包括下述步骤：

（1）当存在电流值∈(设定电流下限值，第二设定电流值)，且当前开通的通道数量为1，则控制电流值∈(设定电流下限值，第二设定电流值)的通道关闭。即，将电流值较低的通道关闭。

（2）采集每个开通的通道的电流值。

（3）判断每个开通的通道的电流值是否∈[第二设定电流值，第一设定电流值] 。

若是，则PFC正常运行。

若否，则PFC停止运行。

也就是说，通过将电流值较低的通道关闭，来改善电流值较低的情况，达到尽量避免PFC关闭的目的，降低PFC关闭的可能性，避免影响功率的输出。

步骤S46：若存在电流值∈（-∞，设定电流下限值]，则PFC停止运行。

在获取的开通通道的电流值中，只要存在电流值≤设定电流下限值，说明电流值过低，则关闭PFC所有通道，PFC停止运行，避免因欠流导致PFC和负载损坏；并提示欠流故障，发出警报，用以提示用户。

作为本实施例的另一种优选设计方案，步骤S46具体包括下述步骤：

（1）当存在电流值∈（-∞，设定电流下限值]时，控制电流值∈（-∞，设定电流下限值]的通道关闭。即，将电流值过低的通道关闭。

（2）采集每个开通的通道的电流值。

（3）判断每个开通的通道的电流值是否∈[第二设定电流值，第一设定电流值] 。

若是，则PFC正常运行。

若否，则PFC停止运行。

也就是说，通过将电流值过低的通道关闭，来改善电流值过低的情况，达到尽量避免PFC关闭的目的，降低PFC关闭的可能性，避免影响功率的输出。

本实施例通过均衡三个通道的工作时间，每隔一段时间切换运行通道，或者每次停机之后再下次开机时切换运行通道，使三个通道的功率器件均参与运行，提高了整个PFC功率器件的寿命；通过监控输出电压信号以及每一个通道的电流信号，及对PFC进行检错保护。

基于上述三相交错PFC控制方法的设计，本实施例还提出了一种三相交错PFC控制系统，包括三相交错PFC和控制器，参加图5、图6所示，所述控制器包括：

通道数量确定模块，用于确定需要开通的通道数量N，N为≤3的正整数；

累积运行时间获取模块，用于获取每个通道的累积运行时间；

累积运行时间计算模块，用于计算、存储每个通道的累积运行时间；

开通模块，用于开通累积运行时间短的N个通道；

电压采集模块，用于采集PFC的输出电压；

电流采集模块，用于采集通道的电流值；

判断模块，用于根据输出电压或者电流值判断PFC是否正常运行。

具体的三相交错PFC控制系统的工作过程，已经在上述三相交错PFC控制方法中详述，此处不予赘述。

本实施例的三相交错PFC控制系统，通过确定需要开通的通道数量N；获取每个通道的累积运行时间；开通累积运行时间短的N个通道，计算每个开通的通道的累积运行时间；PFC运行设定时间后，重复执行上述步骤；因此，本实施例的控制方法，通过选通累积运行时间短的通道，并在PFC运行设定时间后重新选通累积运行时间短的通道，从而均衡三个通道的工作时间，延长了整个PFC的使用寿命。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种三相交错PFC控制方法，所述PFC包括三个通道；其特征在于：所述控制方法包括：

（1）确定需要开通的通道数量N，N为≤3的正整数；

（2）获取每个通道的累积运行时间；

（3）开通累积运行时间短的N个通道，PFC运行，计算每个开通的通道的累积运行时间；

在PFC运行过程中，所述控制方法还包括：

（31）采集每个开通的通道的电流值；

（32）若存在电流值∈[设定电流上限值，+∞)，则PFC停止运行；

（33）若存在电流值∈(第一设定电流值，设定电流上限值)，则判断当前开通的通道数量是否＜3；

若是，则在处于关闭状态的通道中选择一个累积运行时间最短的通道开通，返回步骤（31）；

若否，则PFC停止运行；

（34）若每一个电流值均∈[第二设定电流值，第一设定电流值]，则PFC正常运行；

（35）若存在电流值∈(设定电流下限值，第二设定电流值)，则判断当前开通的通道数量是否＞1；

若是，则在处于开启状态的通道中选择一个累积运行时间最长的通道关闭，返回步骤（31）；

若否，则PFC停止运行；

（36）若存在电流值∈（-∞，设定电流下限值]，则PFC停止运行；

（4）PFC运行设定时间后，返回步骤（1）。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：在PFC运行过程中，所述控制方法还包括：

采集PFC的输出电压；

若输出电压＞设定电压上限值，则PFC停止运行，并提示过压故障；

若设定电压下限值≤输出电压≤设定电压上限值，则PFC正常运行；

若输出电压＜设定电压下限值，则PFC停止运行，并提示欠压故障。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：在PFC运行过程中，所述控制方法还包括：

采集每个开通的通道的电流值；

若存在电流值＞第一设定电流值，则PFC停止运行，并提示过流故障；

若存在电流值＜第二设定电流值，则PFC停止运行，并提示欠流故障；

其中，第二设定电流值＜第一设定电流值。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：在步骤（32）中，在PFC停止运行之前，所述控制方法还包括：

控制电流值∈[设定电流上限值，+∞)的通道关闭；

采集每个开通的通道的电流值；

判断每个开通的通道的电流值是否∈[第二设定电流值，第一设定电流值] ；

若是，则PFC正常运行；

若否，则PFC停止运行。

5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：在步骤（33）中，在PFC停止运行之前，所述控制方法还包括：

控制电流值∈(第一设定电流值，设定电流上限值)的通道关闭；

采集每个开通的通道的电流值；

判断每个开通的通道的电流值是否∈[第二设定电流值，第一设定电流值] ；

若是，则PFC正常运行；

若否，则PFC停止运行。

6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：在步骤（35）中，在PFC停止运行之前，所述控制方法还包括：

控制电流值∈(设定电流下限值，第二设定电流值)的通道关闭；

采集每个开通的通道的电流值；

判断每个开通的通道的电流值是否∈[第二设定电流值，第一设定电流值] ；

若是，则PFC正常运行；

若否，则PFC停止运行。

7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：在步骤（36）中，在PFC停止运行之前，所述控制方法还包括：

控制电流值∈（-∞，设定电流下限值]的通道关闭；

采集每个开通的通道的电流值；

判断每个开通的通道的电流值是否∈[第二设定电流值，第一设定电流值] ；

若是，则PFC正常运行；

若否，则PFC停止运行。

8.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于：在PFC的输出端设置有分压电路，通过分压电路获取PFC的输出电压。

9.一种三相交错PFC控制系统，其特征在于：包括三相交错PFC和控制器；所述控制器包括：

通道数量确定模块，用于确定需要开通的通道数量N，N为≤3的正整数；

累积运行时间获取模块，用于获取每个通道的累积运行时间；

累积运行时间计算模块，用于计算、存储每个通道的累积运行时间；

开通模块，用于开通累积运行时间短的N个通道；

电压采集模块，用于采集PFC的输出电压；

电流采集模块，用于采集通道的电流值；

判断模块，用于根据输出电压或者电流值判断PFC是否正常运行；还用于：

（31）采集每个开通的通道的电流值；

（32）若存在电流值∈[设定电流上限值，+∞)，则PFC停止运行；

（33）若存在电流值∈(第一设定电流值，设定电流上限值)，则判断当前开通的通道数量是否＜3；

若是，则在处于关闭状态的通道中选择一个累积运行时间最短的通道开通，返回步骤（31）；

若否，则PFC停止运行；

（34）若每一个电流值均∈[第二设定电流值，第一设定电流值]，则PFC正常运行；

（35）若存在电流值∈(设定电流下限值，第二设定电流值)，则判断当前开通的通道数量是否＞1；

若是，则在处于开启状态的通道中选择一个累积运行时间最长的通道关闭，返回步骤（31）；

若否，则PFC停止运行；

（36）若存在电流值∈（-∞，设定电流下限值]，则PFC停止运行。

Images