CN112701904A - 一种pfc控制方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种PFC控制方法、装置、电子设备及存储介质，涉及PFC控制技术领域。该PFC控制方法应用于PFC控制系统的控制器，PFC控制系统还包括功率器件，控制器与功率器件电连接，首先获取电网电压波形，依据电网电压波形确定电网电压波形的过零点，依据过零点的时间与电网电压的角频率确定给定正弦度的波形，依据给定正弦度的波形确定基准电流，并依据基准电流生成PWM信号，以控制功率器件的导通与关断。本发明提供的PFC控制方法、装置、电子设备及存储介质具有增强了系统的稳定性的优点。

Description

一种PFC控制方法、装置、电子设备及存储介质

技术领域

本发明涉及PFC控制技术领域，具体而言，涉及一种PFC控制方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

在有源功率因数校正中，平均电流控制的PFC(Power Factor Correction，功率因数校正)具有稳定性高、对噪音不敏感等优点，因此广泛的应用于空调外机控制器中。

Boost型平均电流法是通过控制平均电流，使其和输入电压同相位来实现功率因数校正的。一般采用将给定电压和输出电压进行比较，其差值经过PI调节器输出记为A；整流桥后的交流电压乘以比例系数1/K得到B，为给定的电感电流提供正弦度；通过乘法器将A、B和系数Km相乘，得到输入电流的基准值Iref,电感电流实际值和基准电流Iref进行比较，其差值经过电流PI调节器后，进入PWM生成器，产生PWM信号，进而控制功率器件的通断。

然而，由于该种控制策略将整流桥后的交流电压乘以比例系数1/K得到B，为电感电流提供正弦度，这导致电感基准电流Iref受输入电压的影响，若输入电压出现干扰和畸变时，也将造成电感基准电流的波动和畸变，进而影响输入电流的波动和畸变，造成系统不稳定。

综上，现有技术存在电感基准电流会受输入电压的影响，造成系统不稳定的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种PFC控制方法、装置、电子设备及存储介质，以解决现有技术中存在的电感基准电流会受输入电压的影响，造成系统不稳定的问题。

为解决上述问题，第一方面，本发明提供了一种PFC控制方法，应用于PFC控制系统的控制器，所述PFC控制系统还包括功率器件，所述控制器与所述功率器件电连接，所述方法包括：

获取电网电压波形；

依据所述电网电压波形确定所述电网电压波形的过零点；

依据所述过零点的时间与所述电网电压的角频率确定给定正弦度的波形；

依据所述给定正弦度的波形确定基准电流，并依据所述基准电流生成PWM信号，以控制功率器件的导通与关断。

由于本申请在确定基准电流时，采用给定正弦度的方式进行，且给定正弦度由过零点的时间与电网电压的角频率确定，因此当电网电压出现波动与畸变时，也不会影响输入电流的正弦度，增强了系统的稳定性。

第二方面，本申请提供了一种PFC控制装置，应用于PFC控制系统的控制器，所述PFC控制系统还包括功率器件，所述控制器与所述功率器件电连接，所述装置包括：

数据获取单元，用于获取电网电压波形；

过零点确定单元，用于依据所述电网电压波形确定所述电网电压波形的过零点；

波形确定单元，用于依据所述过零点的时间与所述电网电压的角频率确定给定正弦度的波形；

信号生成单元，用于依据所述给定正弦度的波形确定基准电流，并依据所述基准电流生成PWM信号，以控制功率器件的导通与关断。

第三方面，本申请提供了一种电子设备，包括：存储器，用于存储一个或多个程序；处理器；当所述一个或多个程序被所述处理器执行时，实现上述的PFC控制方法。

第四方面，本申请提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述的PFC控制方法。

附图说明

图1为现有技术中的PFC控制系统的电路图。

图2为本发明实施例提供的电网电压产生畸变时的波形。

图3为本发明实施例提供的控制器的模块示意图。

图4为本发明实施例提供的PFC控制方法的一种流程示意图。

图5为本申请实施例提供的PFC控制系统的一种电路图。

图6为本申请实施例提供的PFC控制系统的另一种电路图。

图7为本发明实施例提供的图4中S104的子步骤的流程图。

图8为本发明实施例提供的电网电压的波形图。

图9为本发明实施例提供的过零比较后的波形图。

图10为本发明实施例提供的延时波形图。

图11为本发明实施例提供的过零点脉冲波形图。

图12为本发明实施例提供的图4中S106的子步骤的流程图。

图13为本发明实施例提供的给定正弦度的波形图。

图14为本发明实施例提供的图4中S108的子步骤的流程图。

图15为本发明实施例提供的PFC控制装置的模块示意图。

标记说明：

100-控制器；110-处理器；120-存储器；130-通信接口；200-PFC控制装置；210-数据获取单元；220-过零点确定单元；230-波形确定单元；240-信号生成单元。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

正如背景技术中所述，Boost型平均电流法是通过控制平均电流，使其和输入电压同相位来实现功率因数校正的，其原理图如1所示，基本原理可概括为：

将给定电压Uref和输出电压U0进行比较，其差值经过电压PI调节器输出记为A；整流桥后的交流电压乘以比例系数1/K得到B，为给定的电感电流提供正弦度；通过乘法器将A、B和系数Km相乘，得到输入电流的基准值Iref,电感电流实际值和基准电流Iref进行比较，其差值经过电流PI调节器后，进入PWM生成器，产生PWM信号，进而控制功率器件的导通与关断。

然而，该种控制策略将整流桥后的交流电压乘以比例系数1/K得到B，为电感电流提供正弦度，这导致电感基准电流Iref受输入电压的影响，若输入电压出现干扰和畸变时，也将造成电感基准电流的波动和畸变，进而影响输入电流的波动和畸变，造成系统不稳定。其中，本申请所述的输入电压即为电网电压。

例如，如图2所示的电网电压波形，其实线部分表示电网电压在正常情况下的电压波形，其为一正弦波形。虚线部分表示输入电压出现干扰或畸变时的波形，可以理解地，此时为电压波形的波峰处出现波形的畸变，在实际应用中，也可能在电压波形的波谷或其它位置处出现畸变。此外，由于畸变或波动产生的原因为电网电压震荡，因此也可以出现电网电压波形在波峰处更尖锐的情况，在此不进行限定。

可以理解地，当电网电压出现干扰和畸变时，电网电压的波形将不再是标准的正弦波形，因此，利用该电压波形生成的电感基准电流也会随之产生波动或畸变，导致整个系统的稳定性降低。

有鉴于此，本申请提供了一种PFC控制方法，通过采用数字产生给定正弦波的方式取代整流桥后交流电压乘以比例系数给定正弦度的方法，使基准电流的正弦度不在受输入电压的影响，即使输入电压产生波动和畸变，也不会影响输入电流的正弦度，进而达到增强系统稳定性的效果。

需要说明的是，本申请提供的PFC控制方法可以应用于PFC控制系统的控制器中，图3示出本申请实施例提供的控制器的一种示意性结构框图，控制器包括存储器102、处理器101和通信接口103，该存储器102、处理器101和通信接口103相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。

存储器102可用于存储软件程序及模块，如本申请实施例提供的PFC控制装置对应的程序指令或模块，处理器101通过执行存储在存储器102内的软件程序及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，进而执行本申请实施例提供的PFC控制方法的步骤。该通信接口103可用于与其他节点设备进行信令或数据的通信。

其中，存储器102可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-OnlyMemory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除可编程只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。

处理器101可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力。该处理器101可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

可以理解，图3所示的结构仅为示意，控制器还可以包括比图3中所示更多或者更少的组件，或者具有与图3所示不同的配置。图3中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。

下面以控制器作为示意性执行主体，对本申请实施例提供的PFC控制方法进行示例性说明。其中，该PFC控制系统还包括升压电路，该升压电路可以为Boost升压电路，其包括整流桥、功率器件等，且控制器与功率器件电连接。

作为一种实现方式，请参阅图4，该PFC控制方法包括：

S102，获取电网电压波形。

S104，依据电网电压波形确定电网电压波形的过零点。

S106，依据过零点的时间与电网电压的角频率确定给定正弦度的波形。

S108，依据给定正弦度的波形确定基准电流，并依据基准电流生成PWM信号，以控制功率器件的导通与关断。

其中，作为一种实现方式，在获取电网电压波形时，可以为获取整流桥前端的电网电压波形，其系统的电路结构如图5所示。作为本申请的另一种实现方式，在获取电网电压波形时，也可以为获取整流桥后端的电网电压波形，其系统的电路结构如图6所示。

在获取电网电压波形后，本申请采用依据波形确定过零点，然后依据过零点的时间与电网电压的角频率确定出给定正弦度的波形。需要说明的是，本申请所述的电网，指的是市电电网，可以理解得地，对于市电而言，其频率一般为50Hz，因此根据角频率W＝2πf可知(f表示频率，W表示角频率)，当f确定时，角频率也可以视为一定值。

由于在确定给定正弦度的波形时，仅利用过零点的时间与电网电压的角频率即可确定，而电网电压的角频率为一定值，且在电网电压出现波动与畸变时，其过零点始终不变，因此确定的给定正弦度的波形准确，且不会出现受电网电压波动与畸变的影响。例如，即使电网电压出现图2中虚线位置所示的波动，但其在确定给定正弦度的波形时，给定正弦度的波形由于依据过零点与电网电压的角频率确定，因此其也会为一正弦波形，不会存在波动与畸变，进而在依据给定正弦度的波形确定基准电流时，基准电流不会出现波动与畸变，系统更加稳定。

此外，控制器在确定基准电流后，会依据基准电流生成PWM信号，以控制功率器件的导通与关断，由于基准电流不会受电网电压的波动与畸变影响，因此生成PWM信号也更加稳定。

通过上述实现方式，一方面，与传统的PFC控制策略相比，采用数字产生给定正弦波的方式取代整流桥后交流电压乘以比例系数给定正弦度的方法，使基准电流的正弦度不再受输入电压的影响，即使输入电压产生波动和畸变，也不会影响输入电流的正弦度，增强系统的稳定性和抗干扰能力。另一方面，本申请提供的PFC控制方法中，对PFC控制系统的硬件拓扑结构不变，只是交流电压采样电路从整流桥后移动到整流桥前(如图5所示)，或者不移动电压采样电路，直接对整流桥后的电压进行采样(如图5所示)，因此不会增加硬件成本，实用性强。

作为一种实现方式，请参阅图7，S104的步骤包括：

S1041，将电网电压进行过零比较，以生成过零比较后的波形，其中，当电网电压大于0时，生成过零比较后的波形为1，当电网电压小于0时，生成过零比较后的波形为0。

S1042，将过零比较后的波形延时预设周期，以获取延时波形。

S1043，将过零比较后的波形与延时波形相减后取绝对值，以获取过零点脉冲波形，且过零点脉冲波形中每个脉冲的前边沿与电网电压波形的过零点一致。

其中，本申请以获取整流桥前端的电网电压波形为例进行说明，可以理解地，电网电压波形如图8所示，其为一正弦波，当出现波动与畸变时，其波形可能为图2虚线所示的波形。然而，无论电网电压的波形如何波动，电压的正负始终不会改变，例如，当电网电压在波峰处波动时，其仅会在小范围内波动，不会出现负值。

因此，本申请采用过零比较的方式，将电网电压的波形进行转换。其中，当电网电压的值大于0时，生成过零比较后的波形为1，当电网电压小于0时，生成过零比较后的波形为0。过零比较后的波形如图9所示，可以理解地，过零比较后的波形实际为一脉冲波形。

为了确定电网电压的过零点，本申请会将过零比较后的波形延时预设周期，以获取延时波形。例如，将过零比较后的波形延时1个周期。需要说明的是，本申请所述的周期由电网电压进行确定，其每个周期均为一个较短的时间，例如，1个周期为1us，在此不做限定。如图10所示，延时波形的第一个脉冲与原点之间存在一定的间距，该间距即为延时的周期。

在确定过零比较后的波形与延时波形后，服务器会将过零比较后的波形与延时波形相减后取绝对值，以获取过零点脉冲波形，过零点脉冲波形如图11所示。需要说明的是，通过将图9与图10中脉冲波形相减并取绝对值的方式，可以使零点脉冲波形中每个脉冲的宽度均为延时的周期，且过零点脉冲波形中每个脉冲的前边沿与电网电压波形的过零点一致，即每个脉冲的上升沿处均位于过零点位置。

作为一种实现方式，请参阅图12，S106的步骤包括：

S1061，选择上升沿触发，并在此时刻开始对常数1进行积分，以获取积分后的瞬时值；

S1062，依据积分后的瞬时值与电网电压的角频率生成给定正弦度的波形。

其中，给定正弦度的波形满足公式：

E＝sinwT

其中，E表示给定正弦度的波形的在任一时刻对应的值，W表示电网电压的角频率，T表示积分后的瞬时值。其中，给定正弦度的波形如图13所示。由图可知，给定正弦度的波形不会受电网电压的波动与畸变影响。

作为一种实现方式，请参阅图14，S108的步骤包括：

S1081，将给定正弦度的波形、预设的系数以及依据升压电路的输出电压确定的参数输入乘法器，以获取基准电流；

S1082，获取升压电路的实际电流，并确定实际电流与基准电流的差值；

S1083，利用电流PI调节器对差值进行调节，并依据调节后的数值生成PWM信号。

此外，作为一种实现方式，在S1081的步骤之前，该方法还包括：

S1071,获取升压电路的输出电压。

S1072，确定输出电压与预设的基准电压的差值。

S1073，利用电压PI调节器对差值进行调节，并将调节后的参数输入乘法器.

S1081的步骤包括：

将给定正弦度的波形、预设的系数以及调节后的参数输入乘法器，以获取基准电流。

由于此步骤与现有技术中的步骤基本相同，因此不再进行赘述。

基于上述实现方式，一种PFC控制装置200，应用于PFC控制系统的控制器100，PFC控制系统还包括功率器件，控制器100与功率器件电连接，请参阅图15，该装置包括：

数据获取单元210，用于获取电网电压波形。

可以理解地，通过数据获取单元210可以执行S102。

过零点确定单元220，用于依据电网电压波形确定电网电压波形的过零点。

可以理解地，通过过零点确定单元220可以执行S104。

波形确定单元230，用于依据过零点的时间与电网电压的角频率确定给定正弦度的波形。

可以理解地，通过波形确定单元230可以执行S106。

信号生成单元240，用于依据给定正弦度的波形确定基准电流，并依据基准电流生成PWM信号，以控制功率器件的导通与关断。

可以理解地，通过信号生成单元240可以执行S108。

此外，过零点确定单元240包括波形生成模块，波形获取模块用于将电网电压进行过零比较，以生成过零比较后的波形，其中，当电网电压大于0时，生成过零比较后的波形为1，当电网电压小于0时，生成过零比较后的波形为0；波形获取模块还用于将过零比较后的波形延时预设周期，以获取延时波形；波形获取模块还用于将过零比较后的波形与延时波形相减后取绝对值，以获取过零点脉冲波形，且过零点脉冲波形中每个脉冲的前边沿与电网电压波形的过零点一致。

可以理解地，通过零点确定单元可以执行S1041-S1043。

当然地，在上述实现方式中的每一步骤均有一对应的功能模块，由于上述实施例已经详细描述，因此在此不再进行赘述。

综上，本发明提供了一种PFC控制方法，应用于PFC控制系统的控制器，PFC控制系统还包括功率器件，控制器与功率器件电连接，首先获取电网电压波形，依据电网电压波形确定电网电压波形的过零点，依据过零点的时间与电网电压的角频率确定给定正弦度的波形，依据给定正弦度的波形确定基准电流，并依据基准电流生成PWM信号，以控制功率器件的导通与关断。由于本申请在确定基准电流时，采用给定正弦度的方式进行，且给定正弦度由过零点的时间与电网电压的角频率确定，因此当电网电压出现波动与畸变时，也不会影响输入电流的正弦度，增强了系统的稳定性。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。

也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。

也要注意的是，框图和或流程图中的每个方框、以及框图和或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器、随机存取存储器、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种PFC控制方法，其特征在于，应用于PFC控制系统的控制器(100)，所述PFC控制系统还包括功率器件，所述控制器(100)与所述功率器件电连接，所述方法包括：

获取电网电压波形；

依据所述电网电压波形确定所述电网电压波形的过零点；

依据所述过零点的时间与所述电网电压的角频率确定给定正弦度的波形；

依据所述给定正弦度的波形确定基准电流，并依据所述基准电流生成PWM信号，以控制功率器件的导通与关断。

2.根据权利要求1所述的PFC控制方法，其特征在于，所述依据所述电网电压波形确定所述电网电压波形的过零点的步骤包括：

将所述电网电压进行过零比较，以生成过零比较后的波形，其中，当所述电网电压大于0时，生成过零比较后的波形为1，当所述电网电压小于0时，生成过零比较后的波形为0；

将所述过零比较后的波形延时预设周期，以获取延时波形；

将所述过零比较后的波形与所述延时波形相减后取绝对值，以获取过零点脉冲波形，且所述过零点脉冲波形中每个脉冲的前边沿与所述电网电压波形的过零点一致。

3.根据权利要求1所述的PFC控制方法，其特征在于，所述依据所述过零点的时间与所述电网电压的角频率确定给定正弦度的波形的步骤包括：

选择上升沿触发，并在此时刻开始对常数1进行积分，以获取积分后的瞬时值；

依据所述积分后的瞬时值与所述电网电压的角频率生成给定正弦度的波形。

4.根据权利要求3所述的PFC控制方法，其特征在于，所述给定正弦度的波形满足公式：

E＝sinwT

其中，E表示所述给定正弦度的波形的在任一时刻对应的值，W表示所述电网电压的角频率，T表示所述积分后的瞬时值。

5.根据权利要求1所述的PFC控制方法，其特征在于，所述PFC控制系统包括升压电路，所述升压电路包括所述功率器件，依据所述给定正弦度的波形确定基准电流，并依据所述基准电流生成PWM信号，以控制功率器件的导通与关断的步骤包括：

将所述给定正弦度的波形、预设的系数以及依据所述升压电路的输出电压确定的参数输入乘法器，以获取基准电流；

获取所述升压电路的实际电流，并确定所述实际电流与所述基准电流的差值；

利用电流PI调节器对所述差值进行调节，并依据调节后的数值生成PWM信号。

6.根据权利要求5所述的PFC控制方法，其特征在于，在所述将所述给定正弦度的波形、预设的系数以及依据所述升压电路的输出电压确定的参数输入乘法器，以获取基准电流的步骤之前，所述方法还包括：

获取所述升压电路的输出电压；

确定所述输出电压与预设的基准电压的差值；

利用电压PI调节器对所述差值进行调节，并将调节后的参数输入所述乘法器；

所述将所述给定正弦度的波形、预设的系数以及依据所述升压电路的输出电压确定的参数输入乘法器，以获取基准电流的步骤包括：

将所述给定正弦度的波形、预设的系数以及所述调节后的参数输入乘法器，以获取基准电流。

7.一种PFC控制装置(200)，其特征在于，应用于PFC控制系统的控制器(100)，所述PFC控制系统还包括功率器件，所述控制器与所述功率器件电连接，所述装置包括：

数据获取单元(210)，用于获取电网电压波形；

过零点确定单元(220)，用于依据所述电网电压波形确定所述电网电压波形的过零点；

波形确定单元(230)，用于依据所述过零点的时间与所述电网电压的角频率确定给定正弦度的波形；

信号生成单元(240)，用于依据所述给定正弦度的波形确定基准电流，并依据所述基准电流生成PWM信号，以控制功率器件的导通与关断。

8.根据权利要求7所述的PFC控制装置(200)，其特征在于，所述过零点确定单元(220)包括：

波形生成模块，用于将所述电网电压进行过零比较，以生成过零比较后的波形，其中，当所述电网电压大于0时，生成过零比较后的波形为1，当所述电网电压小于0时，生成过零比较后的波形为0；

波形获取模块还用于将所述过零比较后的波形延时预设周期，以获取延时波形；

波形获取模块还用于将所述过零比较后的波形与所述延时波形相减后取绝对值，以获取过零点脉冲波形，且所述过零点脉冲波形中每个脉冲的前边沿与所述电网电压波形的过零点一致。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

存储器，用于存储一个或多个程序；

处理器；

当所述一个或多个程序被所述处理器执行时，实现如权利要求1-6中任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述的方法。

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