CN110829823B - 一种提高dcm升压pfc变换器临界电感的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高DCM升压PFC变换器临界电感的装置及方法。该装置包括DCM BOOST PFC变换器主电路、隔离采样电路、过零检测电路、驱动电路以及数字信号处理模块，其中数字信号处理模块包括中断生成正弦单元、模数转换单元、峰值检测单元、占空比Dy计算单元以及PWM生成单元。方法为：采样输入整流电压和输出电压，检测出输入电压的峰值，通过过零检测电路和中断生成正弦单元产生与输入电压同相的正弦信号，将输入电压峰值、输出电压、同相正弦信号以及已知参数送入占空比Dy计算单元得到对应的占空比，再经过PWM生成单元及驱动电路得到驱动信号，驱动DCM BOOST PFC变换器主功率电路运行。本方法减小了电路的损耗，提高了效率，改善了DCM BOOST PFC变换器的综合性能。

Description

一种提高DCM升压PFC变换器临界电感的装置及方法
技术领域
本发明涉及电能变换装置的交流-直流变换器技术领域，特别是一种提高DCM升压PFC变换器临界电感的装置及方法。
背景技术
随着用电设备的日益增多和电力电子装置的广泛应用，谐波污染问题引起了越来越广泛的关注。为了减小对电网的危害，IEEE519、IEC555-2、IEC1000-3-2等电流谐波标准陆续被一些国家和世界性的学术组织颁布和实施。为满足这些标准，功率因数校正(PowerFactor Correction，PFC)技术被广泛研究和应用。根据是否采用有源器件，可将PFC技术分为无源和有源两种。无源PFC变换器是在整流桥后增加电感和电容构成无源滤波网络，来进行功率因数校正，其主要优点是：电路简单、可靠性高、成本低；主要缺点是：滤波电感值和滤波电容值较大，因此体积大、重量重，而且难以得到高的PF值。有源PFC变换器是采用电力电子变换器，使输入电流波形呈正弦，并且与输入电压同相位，来进行功率因数校正。与此同时，它还使输出电压稳定，为后级直流变换器提供稳定的输入电压。相对于无源方式来说，有源方式具有输入功率因数高和体积小的优点。
根据有源PFC变换器的电感电流连续与否，Boost PFC变换器有三种工作模式：CCMBoost PFC变换器，电感电流脉动小，输入功率因数高，流过开关管的电流有效值小，因此广泛应用在中大功率场合，其缺点是开关管工作在硬开关状态，二极管存在反向恢复，开关损耗较大，需要检测输入电压和电感电流，控制电路中需要乘法器，采用电压电流双闭环控制，控制较为复杂，成本较高；CRM Boost PFC变换器，优点是开关管零电流开通、升压二极管零电流关断，无反向恢复、PF高，缺点在于，负载和输入电压的改变会引起开关频率也发生改变，在设计EMI滤波器和电感时稍复杂，一般应用在中小功率场合；DCM Boost PFC变换器，保留了开关管零电流开通和升压二极管无反向恢复的优点，开关频率恒定，有利于电感和EMI滤波器的设计，并且控制简单、成本低，适用于中小功率场合，但是存在效率较低、高压处功率因数不高的缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种输入电流注入三五次谐波来提高DCM升压PFC变换器临界电感的装置及方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种提高DCM升压PFC变换器临界电感的装置，包括DCM BOOST PFC变换器主功率电路、数字信号处理模块、隔离采样电路、过零检测电路和驱动电路；
所述数字信号处理模块包括中断生成正弦单元、模数转换单元、峰值检测单元、占空比Dy计算单元以及PWM生成单元；
所述DCM BOOST PFC变换器主功率电路包括交流输入电压源vin、整流桥RB、开关管Qb、续流二极管Db、滤波器LC、升压电感Lb、输出滤波电容Co和负载RLd，所述开关管Qb的漏极与续流二极管Db的阳极、升压电感Lb的一端相连，升压电感Lb的另一端与滤波器LC连接，续流二极管Db的阴极与输出滤波电容Co的正极相连，负载RLd并联在输出滤波电容Co两端，开关管Qb的源极和输出滤波电容Co的负极通过滤波器LC的另一端连接到整流桥，从而返回电源构成回路；
所述模数转换单元包括2个ADC转换器，隔离采样电路包括K0、K1、K2三路，其中K0路采集输出电压Vo并通过一个ADC转换器接入占空比Dy计算单元；K1路采集输入整流电压vg并通过另一个ADC转换器接入峰值检测单元，峰值检测单元的输出端接入占空比Dy计算单元；K2路采集输入电压源vin并通过过零检测电路和中断生成正弦单元接入占空比Dy计算单元；占空比Dy计算单元的输出端经过PWM生成单元及驱动电路，接入DCM BOOST PFC变换器主功率电路中开关管Qb的栅极。
进一步地，所述数字信号处理模块产生变化规律为
Figure BDA0001756491650000021
的占空比的驱动信号，驱动DCM BOOST PFC变换器主功率电路的开关管Qb；
其中：α＝Vm/Vo，Vm为输入电压的峰值，Vo为输出电压，Po为输出功率，fs为开关频率，Lb为升压电感，ω为输入电压源vin的角频率，
Figure BDA0001756491650000022
分别表示三、五次谐波量的峰值。
进一步地，所述
Figure BDA0001756491650000023
分别表示三、五次谐波量的峰值，公式如下：
Figure BDA0001756491650000024
Figure BDA0001756491650000031
进一步地，所述的数字信号处理模块为DSP芯片TMS320F28335。
一种提高DCM升压PFC变换器临界电感的方法，包括以下步骤：
步骤1、模数转换单元设置2个ADC转换器，隔离采样电路设置K0、K1、K2三路；
步骤2、隔离采样电路中，K0路采集输出电压Vo并通过一个ADC转换器接入占空比Dy计算单元；K1路采集输入整流电压vg并通过另一个ADC转换器接入峰值检测单元，峰值检测单元检测出输入电压的峰值Vm，并输出至占空比Dy计算单元；K2路采集输入电压源vin并通过过零检测电路和中断生成正弦单元产生与输入电压同相的正弦信号，并输出至占空比Dy计算单元；
步骤3、占空比Dy计算单元根据输入电压峰值Vm、输出电压Vo、同相正弦信号以及相关已知参数，计算得到输入电流中注入三五次谐波后对应的占空比；
步骤4、步骤3所得占空比经过PWM生成单元及驱动电路得到驱动信号；
步骤5、驱动信号驱动DCM BOOST PFC变换器主功率电路中开关管Qb运行。
进一步地，步骤3所述占空比Dy计算单元根据输入电压峰值Vm、输出电压Vo、同相正弦信号以及相关已知参数，计算得到输入电流中注入三五次谐波后对应的占空比d，公式为：
Figure BDA0001756491650000032
其中：α＝Vm/Vo，Vm为输入电压的峰值，Vo为输出电压，Po为输出功率，fs为开关频率，Lb为升压电感，ω为输入电压源vin的角频率，
Figure BDA0001756491650000033
分别表示三、五次谐波量的峰值。
进一步地，所述
Figure BDA0001756491650000034
分别表示三、五次谐波量的峰值，公式如下：
Figure BDA0001756491650000035
Figure BDA0001756491650000041
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)采用在输入电流中注入三五次谐波的控制方式，把DCM BOOST PFC变换器在90～264VAC下的临界电感从传统控制的90uH提高到了240uH；(2)减小了输入电流有效值，电感电流峰值和有效值，降低了变换器的损耗、提高了效率，同时保证了变换器在高压输入下功率因数不小于0.9，改善了变换器的综合性能。
附图说明
图1是本发明DCM BOOST PFC变换器提高临界电感的装置的结构示意图。
图2是本发明中BOOST PFC变换器的主拓扑结构图。
图3是本发明中DCM BOOST PFC变换器一个开关周期中的电感电流波形图。
图4是本发明中半个工频周期内，电感电流及其平均值和峰值波形图。
图5是本发明中不同α时输入电流波形图。
图6是本发明中不同
Figure BDA0001756491650000042
和
Figure BDA0001756491650000043
注入量时临界电感等效函数的变化图。
图7是本发明中最佳三次注入量的拟合函数图。
图8是本发明中最佳五次注入量的拟合函数图。
图9是传统控制下和三五次谐波注入控制下临界电感曲线图。
图10是传统控制下和三五次谐波注入控制下输入电流比较图。
图11是传统控制下和三五次谐波注入控制下电感电流峰值的比较图。
图12是传统控制下和三五次谐波注入控制下电感电流有效值的比较图。
图13是传统控制下和三五次谐波注入控制下输出电压纹波的比较图。
具体实施方式
结合图1，本发明设计了一种DCM BOOST PFC变换器提高临界电感的装置。
本发明提高DCM升压PFC变换器临界电感的装置，包括DCM BOOST PFC变换器主功率电路1、数字信号处理模块2、隔离采样电路3、过零检测电路5和驱动电路11；
所述数字信号处理模块2包括中断生成正弦单元8、模数转换单元6、峰值检测单元9、占空比Dy计算单元10以及PWM生成单元7；
所述DCM BOOST PFC变换器主功率电路1包括交流输入电压源vin、整流桥RB、开关管Qb、续流二极管Db、滤波器LC、升压电感Lb、输出滤波电容Co和负载RLd，所述开关管Qb的漏极与续流二极管Db的阳极、升压电感Lb的一端相连，升压电感Lb的另一端与滤波器LC连接，续流二极管Db的阴极与输出滤波电容Co的正极相连，负载RLd并联在输出滤波电容Co两端，开关管Qb的源极和输出滤波电容Co的负极通过滤波器LC的另一端连接到整流桥，从而返回电源构成回路；
所述模数转换单元6包括2个ADC转换器，隔离采样电路3包括K0、K1、K2三路，其中K0路采集输出电压Vo并通过一个ADC转换器接入占空比Dy计算单元10；K1路采集输入整流电压vg并通过另一个ADC转换器接入峰值检测单元9，峰值检测单元9的输出端接入占空比Dy计算单元10；K2路采集输入电压源vin并通过过零检测电路5和中断生成正弦单元8接入占空比Dy计算单元10；占空比Dy计算单元10的输出端经过PWM生成单元7及驱动电路11，接入DCMBOOST PFC变换器主功率电路1中开关管Qb的栅极。
进一步地，所述数字信号处理模块2产生变化规律为
Figure BDA0001756491650000051
的占空比的驱动信号，驱动DCM BOOST PFC变换器主功率电路1的开关管Qb；
其中：α＝Vm/Vo，Vm为输入电压的峰值，Vo为输出电压，Po为输出功率，fs为开关频率，Lb为升压电感，ω为输入电压源vin的角频率，
Figure BDA0001756491650000052
分别表示三、五次谐波量的峰值。
进一步地，所述
Figure BDA0001756491650000053
分别表示三、五次谐波量的峰值，公式如下：
Figure BDA0001756491650000054
Figure BDA0001756491650000055
进一步地，所述的数字信号处理模块2为DSP芯片TMS320F28335。
一种提高DCM升压PFC变换器临界电感的方法，包括以下步骤：
步骤1、模数转换单元6设置2个ADC转换器，隔离采样电路3设置K0、K1、K2三路；
步骤2、隔离采样电路3中，K0路采集输出电压Vo并通过一个ADC转换器接入占空比Dy计算单元10；K1路采集输入整流电压vg并通过另一个ADC转换器接入峰值检测单元9，峰值检测单元9检测出输入电压的峰值Vm，并输出至占空比Dy计算单元10；K2路采集输入电压源vin并通过过零检测电路5和中断生成正弦单元8产生与输入电压同相的正弦信号，并输出至占空比Dy计算单元10；
步骤3、占空比Dy计算单元10根据输入电压峰值Vm、输出电压Vo、同相正弦信号以及相关已知参数，计算得到输入电流中注入三五次谐波后对应的占空比；
步骤4、步骤3所得占空比经过PWM生成单元7及驱动电路11得到驱动信号；
步骤5、驱动信号驱动DCM BOOST PFC变换器主功率电路1中开关管Qb运行。
进一步地，步骤3所述占空比Dy计算单元10根据输入电压峰值Vm、输出电压Vo、同相正弦信号以及相关已知参数，计算得到输入电流中注入三五次谐波后对应的占空比d，公式为：
Figure BDA0001756491650000061
其中：α＝Vm/Vo，Vm为输入电压的峰值，Vo为输出电压，Po为输出功率，fs为开关频率，Lb为升压电感，ω为输入电压源vin的角频率，
Figure BDA0001756491650000062
分别表示三、五次谐波量的峰值。
进一步地，所述
Figure BDA0001756491650000063
分别表示三、五次谐波量的峰值，公式如下：
Figure BDA0001756491650000064
Figure BDA0001756491650000065
下面结合附图及具体实施例对本发明作出进一步详细说明。
1定占空比DCM BOOST PFC变换器(CDC)
图2是BOOST PFC变换器的主拓扑结构。图3给出了工作于DCM时的电感电流波形。图4为半个工频周期内，电感电流及其平均值和峰值波形。输入交流电压的表达式为：
vin＝Vmsinωt (1)
工频周期内，当占空比Dy固定时，设定变换器的效率为100％(后同)，[0-π]内，一个开关周期中电感电流峰值iLb_pk、电感电流平均值iLb_ave即输入电流iin、占空比Dy、电感电流下降时间DR和功率因数PF分别为：
Figure BDA0001756491650000071
Figure BDA0001756491650000072
Figure BDA0001756491650000073
Figure BDA0001756491650000074
Figure BDA0001756491650000075
其中，α＝Vm/Vo，输入电压的峰值Vm为
Figure BDA0001756491650000076
范围变化，输出电压Vo为400V，输出功率Po为120W，开关频率fs为100kHz。
在90-264VAC输入电压范围内，输出电压为400V时，α的范围从0.32-0.94，根据式(6)可以作出PF的曲线，如图5所示。从图中可以看出，α越大，PF值越低。
2 DCM BOOST PFC变换器输入电流三五次谐波注入(TFHI)
定义开关周期利用率为β：
β＝Dy+DR (7)
将式(5)代入式(7)得：
β＝DyVo/(Vo-Vm|sinωt|) (8)
为使电感电流断续，必须满足β≤1。
将式(4)代入式(8)得：
Figure BDA0001756491650000081
由上式可以看出，变换器参数一定时，半个工频周期内，各个角度处所要求的临界电感值不同，其中，π/2处对应的临界电感值最小，即定占空比控制下的临界电感值为：
Figure BDA0001756491650000082
对于三五次谐波注入，输入电流可以按照如下定义：
Figure BDA0001756491650000083
其中I1为基波的幅值，
Figure BDA0001756491650000084
和
Figure BDA0001756491650000085
为三五次谐波幅值的标幺值。
由此可得Dy：
Figure BDA0001756491650000086
由式(8)和式(12)可解得Lb的表达式：
Figure BDA0001756491650000087
设定变换器的效率为100％，则有：
Figure BDA0001756491650000088
将式(14)代入式(13)，并令|sinωt|＝x得：
Figure BDA0001756491650000089
对上式求导得：
Figure BDA00017564916500000810
令分子为0得：
Figure BDA0001756491650000091
解得：
Figure BDA0001756491650000092
Figure BDA0001756491650000093
其中：
Figure BDA0001756491650000094
Figure BDA0001756491650000095
A＝8 B＝-4c C＝2bd-8e D＝e(4c-b2)-d2 (22)
Figure BDA0001756491650000096
考察几个根的情况可得：
x4＞1＞x3＞x1＞x2＞0 (24)
由此可知x2与x3为极大值点，x1为极小值点，为简化分析，颠倒式(15)分子分母项，并忽略常系数建立关于Lb的等效函数：
Figure BDA0001756491650000097
问题转化为求式(25)最大值。通过图6观察可知，最大值会落在x1或者π/2处，且
Figure BDA0001756491650000098
和
Figure BDA0001756491650000099
使两处的按相反变化，所以最大值满足下式：
Figure BDA00017564916500000910
写成函数的形式可得：
Figure BDA00017564916500000911
由此将π/2代入式(25)可得最大值关于
Figure BDA00017564916500000912
和
Figure BDA00017564916500000913
的表达式：
Figure BDA0001756491650000101
根据式(27)和(28)构造拉格朗日条件极值：
Figure BDA0001756491650000102
其中k为辅助参数。对式(29)求偏导：
Figure BDA0001756491650000103
按照给定α值，在0.32-0.94取一组值，求解对应的
Figure BDA0001756491650000104
和
Figure BDA0001756491650000105
最优值可得图7、8拟合数据点可得
Figure BDA0001756491650000106
和
Figure BDA0001756491650000107
得表达式：
Figure BDA0001756491650000108
Figure BDA0001756491650000109
为保持在高压下功率因数不低于0.9，需对上式中
Figure BDA00017564916500001010
和
Figure BDA00017564916500001011
的量进行限制：
Figure BDA00017564916500001012
式(33)取等号时得临界点α1，在低于α1，
Figure BDA00017564916500001013
和
Figure BDA00017564916500001014
满足(31)和(32)，高于α1需同时满足：
Figure BDA00017564916500001015
结合式(27)(28)得：
Figure BDA00017564916500001016
Figure BDA00017564916500001017
由此，求出了保持DCM模式最大临界电感同时满足高压下功率因数高于0.9的最佳三五次注入量。同时将式(35)(36)代入式(15)可以得最大临界电感的表达式。图9给出了传统控制下临界电感和三五次谐波注入时的临界电感比较。
3定占空比控制(CDC)与三五次谐波注入控制(TFHI)的性能对比
图9给出两种控制下的PF曲线对比，可以看出改善后的控制尤其在高压下的功率因数有很大的提高。
图10、11、12分别给出的是两种控制下输入电流有效值，电感电流峰值和电感电流有效值的对比。可以看出改善后的控制对应电流变小，从而减小了损耗。
图13给出的是输出电压纹波的对比，对应的输出电压纹波也有了改善。
综上所示，本发明一种DCM BOOST PFC变换器提高临界电感的装置及方法，采用在输入电流中注入三五次谐波的控制方式，把DCM BOOST PFC变换器在90～264VAC下的临界电感从传统控制的90uH提高到了240uH，从而减小了输入电流有效值，电感电流峰值和有效值，降低了变换器的损耗提高了效率，同时保证了变换器在高压输入下功率因数不小于0.9，改善了变换器的综合性能。

Claims (3)

1.一种提高DCM升压PFC变换器临界电感的装置，其特征在于，包括DCM BOOST PFC变换器主功率电路(1)、数字信号处理模块(2)、隔离采样电路(3)、过零检测电路(5)和驱动电路(11)；
所述数字信号处理模块(2)包括中断生成正弦单元(8)、模数转换单元(6)、峰值检测单元(9)、占空比Dy计算单元(10)以及PWM生成单元(7)；
所述DCM BOOST PFC变换器主功率电路(1)包括交流输入电压源vin、整流桥RB、开关管Qb、续流二极管Db、滤波器LC、升压电感Lb、输出滤波电容Co和负载RLd，所述开关管Qb的漏极与续流二极管Db的阳极、升压电感Lb的一端相连，升压电感Lb的另一端与滤波器LC连接，续流二极管Db的阴极与输出滤波电容Co的正极相连，负载RLd并联在输出滤波电容Co两端，开关管Qb的源极和输出滤波电容Co的负极通过滤波器LC的另一端连接到整流桥，从而返回电源构成回路；
所述模数转换单元(6)包括2个ADC转换器，隔离采样电路(3)包括K0、K1、K2三路，其中K0路采集输出电压Vo并通过一个ADC转换器接入占空比Dy计算单元(10)；K1路采集输入整流电压vg并通过另一个ADC转换器接入峰值检测单元(9)，峰值检测单元(9)的输出端接入占空比Dy计算单元(10)；K2路采集输入电压源vin并通过过零检测电路(5)和中断生成正弦单元(8)接入占空比Dy计算单元(10)；占空比Dy计算单元(10)的输出端经过PWM生成单元(7)及驱动电路(11)，接入DCM BOOST PFC变换器主功率电路(1)中开关管Qb的栅极；
所述数字信号处理模块(2)产生变化规律为
Figure FDA0003064535430000011
的占空比的驱动信号，驱动DCM BOOST PFC变换器主功率电路(1)的开关管Qb；
其中：α＝Vm/Vo，Vm为输入电压的峰值，Vo为输出电压，Po为输出功率，fs为开关频率，Lb为升压电感，ω为输入电压源vin的角频率，
Figure FDA0003064535430000012
分别表示三、五次谐波量的峰值；
所述
Figure FDA0003064535430000013
分别表示三、五次谐波量的峰值，公式如下：
Figure FDA0003064535430000014
Figure FDA0003064535430000021
2.根据权利要求1所述的提高DCM升压PFC变换器临界电感的装置，其特征在于，所述的数字信号处理模块(2)为DSP芯片TMS320F28335。
3.一种提高DCM升压PFC变换器临界电感的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、模数转换单元(6)设置2个ADC转换器，隔离采样电路(3)设置K0、K1、K2三路；
步骤2、隔离采样电路(3)中，K0路采集输出电压Vo并通过一个ADC转换器接入占空比Dy计算单元(10)；K1路采集输入整流电压vg并通过另一个ADC转换器接入峰值检测单元(9)，峰值检测单元(9)检测出输入电压的峰值Vm，并输出至占空比Dy计算单元(10)；K2路采集输入电压源vin并通过过零检测电路(5)和中断生成正弦单元(8)产生与输入电压同相的正弦信号，并输出至占空比Dy计算单元(10)；
步骤3、占空比Dy计算单元(10)根据输入电压峰值Vm、输出电压Vo、同相正弦信号以及相关已知参数，计算得到输入电流中注入三五次谐波后对应的占空比；
步骤4、步骤3所得占空比经过PWM生成单元(7)及驱动电路(11)得到驱动信号；
步骤5、驱动信号驱动DCM BOOST PFC变换器主功率电路(1)中开关管Qb运行；
步骤3所述占空比Dy计算单元(10)根据输入电压峰值Vm、输出电压Vo、同相正弦信号以及相关已知参数，计算得到输入电流中注入三五次谐波后对应的占空比d，公式为：
Figure FDA0003064535430000022
其中：α＝Vm/Vo，Vm为输入电压的峰值，Vo为输出电压，Po为输出功率，fs为开关频率，Lb为升压电感，ω为输入电压源vin的角频率，
Figure FDA0003064535430000023
分别表示三、五次谐波量的峰值；
所述
Figure FDA0003064535430000024
分别表示三、五次谐波量的峰值，公式如下：
Figure FDA0003064535430000031
Figure FDA0003064535430000032
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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TWI826135B (zh) * 2022-11-22 2023-12-11 宏碁股份有限公司 高轉換效率之升壓轉換器

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101764528A (zh) * 2010-01-08 2010-06-30 南京航空航天大学 高功率因数DCM Boost PFC变换器
CN107257202A (zh) * 2016-11-17 2017-10-17 南京航空航天大学 含有源储能单元型BoostPFC的优化控制方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101764528A (zh) * 2010-01-08 2010-06-30 南京航空航天大学 高功率因数DCM Boost PFC变换器
CN107257202A (zh) * 2016-11-17 2017-10-17 南京航空航天大学 含有源储能单元型BoostPFC的优化控制方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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高功率因数DCM Boost PFC 变换器的研究;姚凯;《中国博士学位论文全文数据库 工程科技II辑》;20120115;第2-3章 *

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