CN109713676A - 一种交错并联无桥功率因数校正电路的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交错并联无桥功率因数校正电路的控制方法，包括以下步骤：检测交流电网输入电压的过零点，当检测到交流电网输入电压低于交流电压死区设定比较值时，关闭主路主控管和从路续流管的PWM信号，主路和从路均停止工作；当检测到交流电网输入电压高于交流电压死区设定比较值时，但低于开环控制设定比较值时，主路和从路启动工作，并工作在开环模式下；随着交流电网输入电压的提升，当检测到交流电网输入电压大于开环控制设定比较值时，采用反馈闭环进行交错并联控制。本发明的控制方法过程简单，电路驱动损耗小，转换效率高。

Description

一种交错并联无桥功率因数校正电路的控制方法

[技术领域]

本发明涉及交错并联无桥功率因数校正电路，尤其涉及一种交错并联无桥功率因数校正电路的控制方法。

[背景技术]

随着电力电子技术的发展，非线性电力电子装置设备得到了广泛的应用，但同时也给电网造成很严重的谐波污染，因此功率因数校正(Power Factor Correction，简称PFC)电路技术需要广泛的推广应用，使电力电子装置输入电流谐波满足国际国内标准要求。

无桥PFC电路为了实现功率因数校正功能，通常会在交流输入电网电压的正负半周进行主控管及续流管的切换。图1为现有技术的单个无桥PFC电路，正半周时，S2作为主控管，S1作为续流管，D2一直导通；负半周时，S1作为主控管，S2作为续流管，D1一直导通。

无桥PFC电路较传统有桥PFC电路可以减少通态损耗，有较高的转换效率，逐步成为功率因数校正领域主流的应用技术。

临界模式(Critical Mode,简称CRM)相较连续导通模式(Continuous ConductionMode，简称CCM)的无桥PFC电路具有软开关、高效率、低噪音等优势，但同样存在开关周期内的电流峰值等于平均电流的两倍，电流波动大的弊病。为了解决电流波动大的问题，同时将其应用到更大的功率场合，多采用交错并联的方式使得各相输入和输出电流的纹波相互抵消，降低了纹波。因CRM模式的开关频率不固定，不能像CCM模式那样将各相的PWM信号固定错开一定的时间即可，需进行交错相位的回馈控制。

浙江大学2014年3月、作者陈喜亮发表的硕士学位论文《图腾柱无桥PFC变流器研究》中的第3章介绍了临界连续模式CRM)图腾柱无桥PFC电路的工作原理。

临界模式下的无桥PFC电路在电网过零点处的交流电压值过低，PFC输出电压与交流电压差值过大，如果无桥PFC继续保持工作的话，根据其开关频率的表达式：

此时的开关频率过高，虽然CRM模式无开关损耗，但驱动损耗增大，降低转换效率。

[发明内容]

本发明要解决的技术问题是提供一种驱动损耗小，转换效率高的交错并联无桥功率因数校正电路的控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种交错并联无桥功率因数校正电路的控制方法，包括以下步骤：

101)检测交流电网输入电压的过零点，当检测到交流电网输入电压低于交流电压死区设定比较值时，关闭主路主控管和从路续流管的PWM信号，主路和从路均停止工作；

102)当检测到交流电网输入电压高于交流电压死区设定比较值时，但低于开环控制设定比较值时，主路和从路启动工作，并工作在开环模式下；

103)随着交流电网输入电压的提升，当检测到交流电网输入电压大于开环控制设定比较值时，采用反馈闭环进行交错并联控制。

以上所述的控制方法，在步骤102中，从路的工作延迟时间设置为通过多个开关周期步进至(N-1)Ton/N，其中，Ton为主控管的开通时间，N为交错并联无桥功率因数校正电路的路数。

以上所述的控制方法，步骤103包括以下步骤：

301)采样主路与从路的实际相位，与目标相位比较，得到从路相位的偏差量；

302)所述的偏差量通过PI调节后再经过PWM调整器处理，使从路的实际相位达到目标相位。

本发明的控制方法过程简单，电路驱动损耗小，转换效率高。

[附图说明]

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是现有技术单路无桥功率因数校正电路的电路图。

图2是本发明实施例双路交错并联无桥功率因数校正电路的电路图。

图3是本发明实施例交错并联无桥功率因数校正电路控制方法的流程图。

图4是本发明实施例控制方法前后闭环控制的流程图。

图5是本发明实施例PWM调整器得到从路开通时间的示意图。

[具体实施方式]

为了避免在交流输入电网过零点处主控管及续流管进行频繁切换，可以在交流电源的过零点处设置死区，在死区时间内，主控管、续流管均不进行PWM，无桥PFC电路停止工作。

本发明实施例交错并联无桥功率因数校正电路的控制方法以图2所示的双路交错并联无桥PFC电路为例进行控制方法说明，D1、D2为两路公用的整流二极管，其中L1、Q1、Q2构建成一路无桥PFC，设定为主路；L2、Q3、Q4构建成另一路无桥PFC，设定为从路。

两路均工作在CRM模式，具体控制模式为图1所示的单个无桥PFC电路为例进行说明。如背景技术所述，由于电路的对称性，正负半周的工作过程是类似的，此处仅以正半周为例，进行工作控制原理说明。

当交流电网输入电压Vin采样值比较小时，说明交流电网输入电压处于过零点附近，在控制程序中设定当Vin采样值的绝对值小于交流电压死区设定比较值Vdead时，即为过零死区区域，在死区区域，主路和从路均停止工作，即关闭主路主控管和从路续流管的PWM信号。

当Vin采样值大于Vdead，但小于开环控制设定比较值Voc时，主路和从路开始启动工作，因为此时交流电网输入电压值Vin与输出电压Vout相差较大，根据CRM模式的周期计算公式：

T和Ton的时间近似相等。在上式中，T为CRM PFC的工作周期，Ton为CRM PFC主控管开通时间。

对于两路的交错并联无桥功率因数校正电路，从路的工作延迟时间直接设置为Ton/2，主路的Ton时间直接设置为Ton。为了平滑切换，从路的工作延迟时间也可以设置为通过多个开关周期步进至Ton/2，通过此开环控制进行交错，避免闭环控制固有的延迟及振荡现象，快速达到目标相位交错并联的效果，同时保证并联的均流效果，为后面的闭环控制做好准备。

随着交流电网输入电压的提升，当Vin采样值大于Voc值(Vin>Voc)时，采用反馈闭环进行交错并联，达到精准交错并联的目标。闭环控制方法如图4所示：

通过采样主路与从路的实际相位，与目标相位比较，得到偏差量。目标相位为360°/N，如果是两路并联，则是180°，如果是三路并联，两个从路目标相位则分别是120°、240°，同理如果是N路并联，(N-1)个从路的目标相位则分别是360°/N、2*360°/N……(N-1)*360°/N。

由于一般采样电路和主功率电路放置在一起，采样电路经常受到主功率电路的干扰，为了避免干扰等因素引起的误差，对偏差值要采用误差限幅，将跳变量过大的采样值剔除后，再通过PI调节，PI控制是将偏差量进行比例放大、积分运算。比例放大将加快偏差量朝向减少的方向变化，使实际相位朝向目标相位靠近；积分运算对偏差量累积进行控制，直至偏差为零，消除净差。经过PI调节后的偏差量，再经过PWM调整器，与锯齿波做比较而产生PWM波形，得到从路的Ton时间，进而调整了交错相位，使从路的实际相位达到目标相位。

本发明以上实施例基于多路交错并联无桥PFC电路，多路与两路的区别就是开环控制的各从路的延迟时间不一样，多路的话，分别延时至Ton/N、2Ton/N……(N-1)Ton/N，闭环控制时的目标相位部一样，多路的话，分别是360°/N、2*360°/N……(N-1)*360°/N)通过在交流电网输入电压过零点附近设置死区，对交错相位控制进行清零处理，即每半个交流电网输入周期对交错相位控制进行重新开始；在初始工作时通过直接固定延迟从路起始工作时间的方法，快速的达到初步的交错效果；然后再根据采样的相位差，通过调整从路的导通时间，进行精准的交错相位闭环控制。

本发明以上实施例利用死区时间，对交错相位控制进行清零处理，即每半个交流电网输入周期对交错相位控制进行重新开始，避免连续的交错相位控制引起的资源占用过多、误差累计、谐波震荡等问题的发生。本发明以上实施例在清零的处理方式中又引入了开环、闭环相结合的控制方法，即在每个电网半波周期开始阶段，对从路的交错相位进行固定延时递进的方式，以便快速的达到初步的交错效果，然后再根据采样的相位差，通过调整从路的导通时间，进行精准的交错相位控制，电路驱动损耗小，转换效率高。

Claims (3)

1.一种交错并联无桥功率因数校正电路的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

101)检测交流电网输入电压的过零点，当检测到交流电网输入电压低于交流电压死区设定比较值时，关闭主路主控管和从路续流管的PWM信号，主路和从路均停止工作；

102)当检测到交流电网输入电压高于交流电压死区设定比较值时，但低于开环控制设定比较值时，主路和从路启动工作，并工作在开环模式下；

103)随着交流电网输入电压的提升，当检测到交流电网输入电压大于开环控制设定比较值时，采用反馈闭环进行交错并联控制。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在步骤102中，从路的工作延迟时间设置为通过多个开关周期步进至(N-1)Ton/N，其中，Ton为主控管的开通时间，N为交错并联无桥功率因数校正电路的路数。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤103包括以下步骤：

301)采样主路与从路的实际相位，与目标相位比较，得到从路相位的偏差量；

302)所述的偏差量通过PI调节后再经过PWM调整器处理，使从路的实际相位达到目标相位。