CN112886809A - 一种单闭环脉冲控制电路 - Google Patents

一种单闭环脉冲控制电路 Download PDF

Info

Publication number
CN112886809A
CN112886809A CN202110035073.4A CN202110035073A CN112886809A CN 112886809 A CN112886809 A CN 112886809A CN 202110035073 A CN202110035073 A CN 202110035073A CN 112886809 A CN112886809 A CN 112886809A
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit
signal
voltage
output
direct current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110035073.4A
Other languages
English (en)
Inventor
孙路风
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Foshan Shunde H&t Electronic Science & Technology Co ltd
Original Assignee
Foshan Shunde H&t Electronic Science & Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Foshan Shunde H&t Electronic Science & Technology Co ltd filed Critical Foshan Shunde H&t Electronic Science & Technology Co ltd
Priority to CN202110035073.4A priority Critical patent/CN112886809A/zh
Publication of CN112886809A publication Critical patent/CN112886809A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本发明公开一种单闭环脉冲控制电路，用于变频空调的功率因数校正，包括输出电压误差反馈放大器、PI调节器和PWM信号生成模块；电压误差反馈放大器用于接收目标电压和BOOST升压电路中直流母线采样电路输出的输出母线电压采样值，并输出误差信号；PI调节器用于接收误差信号并输出直流控制信号；PWM信号生成模块用于接收直流控制信号并输出开关信号，开关信号用于输出到BOOST升压电路中的驱动电路。本发明的有益效果是：只保留了直流母线采样电路，控制方法变为了单环控制，实现了适当提高功率因数的目的，而且能够降低开关管、快恢复二极管和PFC电感的损耗，满足电网对谐波的要求。

Description

一种单闭环脉冲控制电路
技术领域
本发明涉及PFC技术领域，尤其涉及一种单闭环脉冲控制电路。
背景技术
没有功率因数校正的家用电器会产生电流谐波，导致设备功率因数(PF)偏低，增加电网的容量和配电站的变压器容量，也容易导致变压器发热，所以国家一般对用电设备进行谐波限制，限制电网的20次以内的谐波，所以对于功率较大的家用电器需要增加有功功率因数校正功能来提高电器的PF值和降低输入电流谐波，满足国家或地区的标准。
功率因数又分为无源PFC技术和有源PFC技术，变频空调由于功率较大，所以一般采用有源PFC技术，有源PFC技术一般使用升压电路(BOOST电路)拓扑进行PFC控制。图1所示为传统经典的有源PFC控制电路，其主电路由BOOST升压电路构成，AC为输入交流电源，BR为整流桥，L为PFC电感、D为快恢复二极管、G为开关管(IGBT或MOSFET)、C为电解电容，RL为PFC输出负载.
平均电流法是有源PFC的常用控制方法，其需要3个采样电路，分别为交流电压采样电路，直流母线电压采样电路以及电流采样电路。
平均电流法采用双闭环控制，外环电压环主要是稳压作用，即输出母线电压采样值跟随目标电压，电压环经过PI校正后输出一个与功率成正比，与输入电压平方成反比的直流量Vc；该直流量与半波交流电压|VAC|相乘后作为电流环的目标电流，电流环作为内环，主要起校正电流波形作用，即电感电流的采样电流跟随目标电流，经过电流环输出的值为占空比d，占空比与经过PWM调制后输出开关信号驱动开关管G。
传统PFC技术的功率因数较高，额定电压下功率因数一般能够做到0.99，但采样电路复杂，控制算法也复杂，需要双闭环控制，而且PWM载频较高，一般在15KHZ以上，导致L、D、G损耗很大，需要很大的散热器，增加电路散热成本，而且开关管需要高速IGBT，二极管需要快恢复二极管。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种单闭环脉冲控制电路，旨在采用简单的控制方法实现适当提高功率因数的目的，而且能够降低开关管、快恢复二极管和PFC电感的损耗，满足电网对谐波的要求。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种单闭环脉冲控制电路，用于变频空调的功率因数校正，包括输出电压误差反馈放大器、PI调节器和PWM信号生成模块；
所述电压误差反馈放大器用于接收目标电压和BOOST升压电路中直流母线采样电路输出的输出母线电压采样值，并输出误差信号；
所述PI调节器用于接收所述误差信号并输出直流控制信号；
所述PWM信号生成模块用于接收直流控制信号并输出开关信号，所述开关信号用于输出到所述BOOST升压电路中的驱动电路。
在一些实施方式中，所述直流控制信号为占空比。
在一些实施方式中，所述BOOST升压电路的交流输入频率为50HZ，所述PWM信号生成模块的载波频率为100HZ。
在一些实施方式中，所述驱动电路为开关管，所述开关信号输出到所述开关管的基极。
在一些实施方式中，所述BOOST升压电路包括并联的交流电源、整流桥、所述开关管、电容以及输出负载，所述整流桥的正极和所述开关管的集电极之间设有电感，所述开关管的集电极和电容的正极之间设有设有二极管，所述二极管的负极与所述电容的正极连接。
本发明的有益效果为：本发明提出的单闭环脉冲控制电路，和传统PFC技术相比，主电路保持不变，采样电路减少了2路，不需要交流电压采样电路和电流采样电路，只保留了直流母线采样电路，控制方法变为了单环控制，只有电压环，主要起稳压作用，即输出母线电压采样值跟随目标电压，电压环经过PI校正后输出占空比d，占空比与经过PWM调制后输出直流控制信号驱动开关管G。采用简单的控制方法实现了适当提高功率因数的目的，而且能够降低开关管、快恢复二极管和PFC电感的损耗，满足电网对谐波的要求。
附图说明
图1为现有的有源PFC控制电路的示意图；
图2为本发明实施例公开的单闭环脉冲控制电路的示意图；
图3为本发明实施例公开的BOOST升压电路的交流输入频率和PWM载波频率和同步关系的示意图；
图4为图2所示的单闭环脉冲控制电路的仿真电路图；
图5为功率因数值和视在功率的仿真波形示意图；
图6为本发明实施例公开的交流输入电压、PWM、开关管驱动脉冲信号之间时序的仿真波形示意图；
图7为本发明实施例公开的交流输入电压、输入电流、开关管驱动脉冲信号之间的仿真波形示意图；
图8为本发明实施例公开的目标直流电压和实际输出直流电压的仿真波形示意图；
图9为本发明实施例公开的交流输入电压、输入电流和开关管驱动信号实测波形；
图10为本发明实施例公开的直流电压的实际输出直流电压Vo的实测波形。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
如图2所示,本实施例提出了一种单闭环脉冲控制电路，用于变频空调的功率因数校正，包括输出电压误差反馈放大器、PI调节器和PWM信号生成模块；
电压误差反馈放大器用于接收目标电压和BOOST升压电路中直流母线采样电路输出的输出母线电压采样值，并输出误差信号；
PI调节器用于接收误差信号并输出直流控制信号，该直流控制信号为占空比。
PWM信号生成模块用于接收直流控制信号并输出开关信号，开关信号用于输出到BOOST升压电路中的驱动电路，BOOST升压电路的交流输入频率为50HZ，PWM信号生成模块的载波频率为100HZ，即PWM载波频率为交流输入电压的2倍。
本发明提出的单闭环脉冲控制电路，和传统PFC技术相比，主电路保持不变，采样电路减少了2路，不需要交流电压采样电路和电流采样电路，只保留了直流母线采样电路，控制方法变为了单环控制，只有电压环，主要起稳压作用，即输出母线电压采样值跟随目标电压，电压环经过PI校正后输出占空比d，占空比与经过PWM调制后输出直流控制信号驱动开关管G。采用简单的控制方法实现了适当提高功率因数的目的，而且能够降低开关管、快恢复二极管和PFC电感的损耗，满足电网对谐波的要求。同时本发明专利的PWM和交流电压是有时序要求的，如图3所示，PWM是从交流电压过零点开始计时同步的，而传统的PFC是没有这个要求的。
BOOST升压电路的交流输入频率和PWM载波频率和同步关系如图3所示，PWM载波频率为100HZ的脉冲信号，以交流电压过零点为参考，进行占空比调节。PWM变成了与VAC电源电压半波同步的PWM，例如交流输入为50HZ，PWM载波为100HZ。即PWM载波频率为交流输入电压的2倍。可见PWM载波频率由15KHZ以上降低到100HZ左右，降低了150倍以上。
具体的，驱动电路为开关管G，开关信号输出到开关管G的基极。BOOST升压电路包括并联的交流电源VAC、整流桥BR、开关管G、电容C以及输出负载RL，整流桥BR的正极和开关管G的集电极之间设有电感L，开关管G的集电极和电容C的正极之间设有设有二极管D，二极管D的负极与电容C的正极连接。
以下的表1示意了本发明和现有PFC技术的效果对比，从表1可知，本发明所提出的单闭环脉冲控制电路虽然PF值相比传统PFC略有降低，但由于采用了普通的开关管、二极管，以及减少两路采样电路，总体成本下降显著，PWM载波频率也显著降低，能够降低开关管、快恢复二极管和电感的损耗，满足电网对谐波的要求。
表1本发明和现有PFC技术的效果对比
内容 图1的PFC 图2的PFC 专利技术对比结果
拓扑 BOOST电路 BOOST电路 相同
PWM 载频高(15KHZ以上) 载频低(100HZ左右) 载频降低
采样电路 3路采样 1路采样 变少
开关管G 高速 普通 成本低
二极管D 高速 普通 成本低
L 感量小 感量大 成本高
损耗 大 小 降低
PF值 高(0.99左右) 低(0.95左右) 降低
THD 小 大 变大
根据图2所示的单闭环脉冲控制电路的原理，通过PSIM软件建立仿真电路，如图4所示，Vac为交流电源，VAC为Vac测量表，VSEN1为交流电压测量表，VSEN2为直流电压测量表，T1为输入PF值和视在功率测量表，BR为整流桥，L为电感，G为IGBT，D为二极管，C为电解电容、RL为电阻负载。PWM载波为100HZ，交流电压为220Vac/50HZ，L＝15mH，C＝1000uF，RL＝60Ω，VoREF为输出设定的直流目标电压，Vo为实际输出直流电压，Limit为占空比限制范围(0.05～0.5)，Duty为占空比，PFC_DR为IGBT驱动信号，PI为半闭环电压环的PI调节器。目标电压设置为VoREF＝280V。
建立仿真电路后，进行仿真，仿真结果如图5-8所示：
图5为功率因数PF值和视在功率S的仿真波形，PF值为0.947左右，S＝1385VA，P＝PF*S＝1312W。图6为交流输入电压VAC、PWM、开关管驱动脉冲信号之间时序的仿真波形，由图可见驱动脉冲信号以VAC过零点为参考。图7为交流输入电压VAC、输入电流IAC、开关管驱动脉冲信号之间的仿真波形。图8为直流输出目标直流电压VoREF和实际输出直流电压Vo的仿真波形可见实际电压跟随280V目标值。
按照本发明的电路及方法，在一款变频空调使用该PFC控制技术，实测结果如图9、10所示，和理论设计相符，具有产品化的意义。
图9为交流输入电压VAC、输入电流IAC和开关管G驱动信号实测波形，驱动脉冲信号以交流电压过零点作为参考点进行变化脉冲大小(占空比调节)。图10为目标值270V的实际输出直流电压Vo实测波形(实际输出268V)。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种单闭环脉冲控制电路，用于变频空调的功率因数校正，其特征在于，包括输出电压误差反馈放大器、PI调节器和PWM信号生成模块；
所述电压误差反馈放大器用于接收目标电压和BOOST升压电路中直流母线采样电路输出的输出母线电压采样值，并输出误差信号；
所述PI调节器用于接收所述误差信号并输出直流控制信号；
所述PWM信号生成模块用于接收直流控制信号并输出开关信号，所述开关信号用于输出到所述BOOST升压电路中的驱动电路。
2.如权利要求1所述的单闭环脉冲控制电路，其特征在于，所述直流控制信号为占空比。
3.如权利要求1所述的单闭环脉冲控制电路，其特征在于，所述BOOST升压电路的交流输入频率为50HZ，所述PWM信号生成模块的载波频率为100HZ。
4.如权利要求1所述的单闭环脉冲控制电路，其特征在于，所述驱动电路为开关管，所述开关信号输出到所述开关管的基极。
5.如权利要求4所述的单闭环脉冲控制电路，其特征在于，所述BOOST升压电路包括并联的交流电源、整流桥、所述开关管、电容以及输出负载，所述整流桥的正极和所述开关管的集电极之间设有电感，所述开关管的集电极和电容的正极之间设有设有二极管，所述二极管的负极与所述电容的正极连接。
CN202110035073.4A 2021-01-12 2021-01-12 一种单闭环脉冲控制电路 Pending CN112886809A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110035073.4A CN112886809A (zh) 2021-01-12 2021-01-12 一种单闭环脉冲控制电路

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110035073.4A CN112886809A (zh) 2021-01-12 2021-01-12 一种单闭环脉冲控制电路

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112886809A true CN112886809A (zh) 2021-06-01

Family

ID=76045502

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110035073.4A Pending CN112886809A (zh) 2021-01-12 2021-01-12 一种单闭环脉冲控制电路

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112886809A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113890326A (zh) * 2021-09-26 2022-01-04 杭州市电力设计院有限公司 电动汽车充电机升压电感电流合成方法及测压电路
CN114337418A (zh) * 2021-12-30 2022-04-12 海信（山东）空调有限公司 Pfc电路控制方法、空调器和计算机存储介质
CN116760276A (zh) * 2023-05-30 2023-09-15 深圳市天步技术有限公司 一种跑步机变频器
CN117134681A (zh) * 2023-06-20 2023-11-28 合肥盎牛智能装备有限公司 带母线电压稳压功能的电机驱动装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103296883A (zh) * 2013-05-21 2013-09-11 西南交通大学 一种宽输入电压宽负载范围直直变换器控制方法及其装置
CN107070359A (zh) * 2017-03-22 2017-08-18 上海三菱电机·上菱空调机电器有限公司 一种变频空调机pam回路控制方法
CN109361318A (zh) * 2018-09-19 2019-02-19 上海交通大学 基于dab的单级隔离型pfc变换器直接电流控制系统及控制方法
US20190199203A1 (en) * 2017-12-26 2019-06-27 Texas Instruments Incorporated Zero current and valley detection for power factor correction
CN110677063A (zh) * 2019-10-10 2020-01-10 电子科技大学 一种串并联DCM Boost PFC变换器及其工作方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103296883A (zh) * 2013-05-21 2013-09-11 西南交通大学 一种宽输入电压宽负载范围直直变换器控制方法及其装置
CN107070359A (zh) * 2017-03-22 2017-08-18 上海三菱电机·上菱空调机电器有限公司 一种变频空调机pam回路控制方法
US20190199203A1 (en) * 2017-12-26 2019-06-27 Texas Instruments Incorporated Zero current and valley detection for power factor correction
CN109361318A (zh) * 2018-09-19 2019-02-19 上海交通大学 基于dab的单级隔离型pfc变换器直接电流控制系统及控制方法
CN110677063A (zh) * 2019-10-10 2020-01-10 电子科技大学 一种串并联DCM Boost PFC变换器及其工作方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113890326A (zh) * 2021-09-26 2022-01-04 杭州市电力设计院有限公司 电动汽车充电机升压电感电流合成方法及测压电路
CN113890326B (zh) * 2021-09-26 2024-08-27 杭州市电力设计院有限公司 电动汽车充电机升压电感电流合成方法及测压电路
CN114337418A (zh) * 2021-12-30 2022-04-12 海信（山东）空调有限公司 Pfc电路控制方法、空调器和计算机存储介质
CN114337418B (zh) * 2021-12-30 2023-10-27 海信空调有限公司 Pfc电路控制方法、空调器和计算机存储介质
CN116760276A (zh) * 2023-05-30 2023-09-15 深圳市天步技术有限公司 一种跑步机变频器
CN117134681A (zh) * 2023-06-20 2023-11-28 合肥盎牛智能装备有限公司 带母线电压稳压功能的电机驱动装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112886809A (zh) 一种单闭环脉冲控制电路
CN103401267A (zh) 一种小型风力发电机并网电路
CN111049182B (zh) 一种五电平共地型单相非隔离光伏并网逆变电路及其调制方法
CN110061570B (zh) 通过副边调制实现pfc的无线电能传输系统
CN101599649B (zh) 直驱风力发电系统及系统中spwm逆变控制信号的调制方式
CN102545681A (zh) 可消除低频谐波的阶梯波合成式三相逆变器及控制方法
Zhang et al. All-fixed switching frequency control of CRM boost PFC converter based on variable inductor in a wide input voltage range
CN108667321A (zh) 混合四电平整流器
CN105515415A (zh) 一种功率转换电路、方法及空调器
CN107968580B (zh) 一种单向混合型三相三电平整流器
CN107482930B (zh) 一种双电感双电压直流输出电路
CN104218787B (zh) 一种功率因数校正的控制方法及设备
CN102769394B (zh) 单相可控整流电路
CN103997230A (zh) 一种基于全波斩控整流电路的中频炉
CN209030104U (zh) 一种基于uc3854的能量回馈型交流电子负载
CN116961400A (zh) 无输入二极管的高效无桥降压型pfc变换器
CN116961399A (zh) 基于输出反向的反激与降压单元的无桥降压型pfc变换器
CN203135507U (zh) 一种具有功率因数校正功能的工频在线式不间断电源
CN213027802U (zh) 一种解耦电路
CN205212694U (zh) 一种共模抑制双Boost无桥PFC变换器
CN203057066U (zh) 一种前馈补偿节能控制变换装置
CN108011399A (zh) 基于vienna整流器的阻抗源高速发电机两级升压并网系统
Mude Single-Phase Controlled Rectifiers
CN108418457B (zh) 一种八开关管无变压器型光伏并网逆变电路及控制方法
Lin et al. Three-phase high power factor AC/DC converter

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210601

RJ01 Rejection of invention patent application after publication