CN114006528A - 一种适用于宽频输入pfc电路的电流校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于宽频输入PFC电路的电流校正方法，步骤1、检测电路中输入电网电压、输入电网电流以及输入电网频率，得到输入电网的多个变量；步骤2、选择检测到的多个变量中的1个或多个，并根据要求选择补偿量；步骤3、利用所述从查找表中查到的补偿量，对PFC电路进行补偿，从而矫正PFC电路的开关电流分布；所述对PFC电路进行补偿总体可描述为对正弦周期内的不同相角下的Ton进行补偿，Ton为一个开关周期中驱动管的开通时间。利用本申请的方法和系统实现在电网频率比较高的应用情况下，输入电流能够更好的跟踪输入电压，实现更好的功率因数。

Description

一种适用于宽频输入PFC电路的电流校正方法

技术领域

本发明属于电路参数调节领域，具体涉及一种适用于宽频输入PFC电路的电流校正方法。

背景技术

相比于CCM模式的PFC电路，采用BCM模式控制的PFC电路，由于其开关管能实现软开通，整流管能实现零电流关断，所以对器件的开关性能要求比较低，能得到比较高效率的同时，整个电路的成本能得到有效的控制，同时能得到比较好的EMC性能，所以在一些功率不大的ACDC电源中有着非常广泛的应用，但是在同等功率等级下，BCM控制的PFC电路电感电流最大纹波为输入电流峰值的2倍，导致纹波电流明显比CCM控制的PFC要大，会要求PFC输入侧有更强的滤波电路，所以输入EMC X电容比较大，轻载时候会导致电流波形产生相移以及波形畸变，导致PF功率因数以及THD总谐波失真变差，这种情况在输入电网频率比较高的情况（比如飞机应用电网频率为360Hz到800Hz）表现的更加严重，如果不加以波形矫正，输入电流波形和输入电压波形将产生明显的相移，同时电流波形会产生明显的畸变，所以可以通过数字控制来补偿校正。

轻载时候会导致电流波形产生相移以及波形畸变，导致PF功率因数以及THD总谐波失真变差，这种情况在输入电网频率比较高的情况（特殊应用领域，输入电网频率范围很宽的情况下，360Hz-800Hz）表现的更加严重，如果不加以波形矫正，输入电流波形和输入电压波形将产生明显的相移，增加电网的视在功率，增加了线路的损耗。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的技术方案。因此，本发明的一个方面，提供了一种适用于宽频输入PFC电路的电流校正方法，该方法具体包括：

步骤1、检测电路中输入电网电压、输入电网电流以及输入电网频率，得到输入电网的多个变量；

步骤2、选择检测到的多个变量中的1个或多个，并根据要求选择补偿量；

步骤3、利用所述从查找表中查到的补偿量，对PFC电路进行补偿，从而矫正PFC电路的开关电流分布；

所述对PFC电路进行补偿总体可描述为对正弦周期内的不同相角下的Ton进行补偿，Ton为一个开关周期中驱动管的开通时间。

可选的，所述变量为1个或者多个，并且包括但是不限于电压、电流和频率。

可选的，所述根据要求选择补偿量具体为根据选出的变量，从预设的查找表中找到对应的补偿量。

可选的，所述步骤3中的补偿方式为直接对PFC电路中开关基准Vcomp进行补偿，不同的电路控制模式，开关基准Vcomp位于不同的位置，并且该位置周围的电路结构不同。

可选的，所述补偿对应的计算为：y=Kx-B；y为根据时间变量x计算得到的实际补偿量，x为半个工频周期内的时间变量，B为工频周期过零点处的Ton的补偿量，K是我们需要在补偿表中根据相关的信息查找的量。

本发明还提供一种适用于宽频输入的PFC电路的电流校正系统，该系统具体包括：电路检测单元、波形获取单元和补偿单元；

所述电路检测单元，用于检测电路中输入电网电压、输入电网电流以及输入电网频率，得到输入电网的多个变量；

所述波形获取单元，用于选择多个变量中的1个或多个，并根据上述选择出的变量确定补偿量；

所述补偿单元，用于利用所述补偿波形，对所述PFC电路进行补偿，从而矫正PFC电路的输入电流；

所述对PFC电路进行补偿总体可描述为对正弦周期内的不同相角下的Ton进行补偿，Ton为一个开关周期中驱动管的开通时间。

本发明还提供一种存储介质，该介质存储计算机程序，所述计算机程序执行上述适用于宽频输入的PFC电路的电流校正方法。

本申请实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：实现在电网频率比较高的应用情况下，一定程度上减小输入电压和输入电流的相移，实现更好的功率因数。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，还可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述说明和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2（a）为针对电压控制模式的补偿位置表示图；

图2（b）为针对电流控制模式的补偿位置表示图；

图3为补偿的具体计算图；

图4为本发明补偿前后波形对比图；

图5为本发明系统结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

相较于普通的PFC电路，由于宽频输入的PFC电路输入电网频率范围很宽，传统的电网频率为47Hz-63Hz，但是在某些特殊的应用中，电网频率最高能达到800Hz，所以输入端的滤波器能引起输入电流和输入电压之间很大的相位差。导致功率因数相比输入电网频率较低时有明显的降低，系统的视在功率明显增加，增加了系统的损耗。所以在高频输入的情况下，需要进行更加精确的功率因数补偿。

基于此，本发明的目的在于发明一种适用于宽频输入的PFC电路的电流校正方法，如图1所示，该方法具体包括：

步骤1、检测电路中输入电网电压、输入电网电流以及输入电网频率，得到输入电网的多个变量。其中所述变量为1个或者多个，并且包括但是不限于电压、电流和频率。

正常情况下，将三个变量都应用进去，能更加精确的对PFC电路进行补偿，在某些应用中，受限于采样资源，或者对补偿的要求没这么高，可以只选择输入频率信号来对PFC电路进行补偿。

其中被检测电路为PFC电路，并且该电路包括为图腾柱无桥PFC，采用BCM临界导通模式，另外，该电路还包括但不限于Boost PFC，反激PFC，Buck PFC，图腾柱无桥PFC等。

对于PFC电路的控制方式包括但不限于断续模式控制，临界模式控制和连续模式控制。

步骤2、选择检测到的多个变量中的1个或多个，并根据要求选择补偿量。

所述根据要求选择补偿量，具体为根据选出的变量，从预设的查找表中找到对应的补偿量。如下表所示，该查找表中包括各个变量和对应的补偿量。利用所述查找表包括负载、频率等多个参数，以及根据上述参数对应的预设的补偿量。

上述的负载信息可以是PFC的控制器自己计算得到，也可以是外部控制器提供的信息。

当通过外部控制器提供负载信息的时候，该控制器会采样电源的输出电压和电流，根据以下公式算出此时电源的输出功率。

Pout=Vout*Iout

其中Pout为计算得到的输出功率，Vout为采样得到的输出电压信息，Iout为采样得到的输出电流信息。外部控制器会将计算得到的功率信息传递给PFC的控制器参与查表。

所述补偿量本质上是改变输入正弦周期内的驱动占空比分布，将原本标准的正弦电流修正为异形电流，从而达到对由输入滤波器造成的输入电压和输入电流之间相位差进行补偿。

步骤3、利用所述从查找表中查到的补偿量，对PFC电路进行补偿，从而矫正PFC电路的开关电流分布。所述对PFC电路进行补偿总体可描述为对正弦周期内的不同相角下的Ton进行补偿。Ton为一个开关周期中驱动管的开通时间，其值是闭环得出的PI输出值加上y=Kx-B得到的。

具体为：

直接对PFC电路中开关基准Vcomp进行补偿，不同的电路控制模式，开关基准Vcomp位于不同的位置，并且该位置周围的电路结构不同。

如图2（a）所示，对于电压型控制模式，一般补偿点位于Vcomp，具体位于比例积分控制器PI的输出与比较器输入连接的位置；也可以将补偿点设置在以恒流源给电容充电的三角波发生器上，即比较器C1的同向输入端，但是补偿的逻辑需要同步变更。

如图2（b）所示，对于电流型控制模式，补偿点位于Vcomp，具体位于比例积分控制器PI的输出与乘法器输入连接的位置；另外也可以将补偿点设置在Vcs信号上，具体位于开关电流采样电阻Rs和比较器输入IN+连接的位置，即比较器C2的同向输入端。

本发明中补偿的基本原理是改变原来的标准正弦信号下开关管的占空比分布，矫正PFC电流波形的相位，使得模块外接滤波器之后的电流波形和电压波形的相位得以矫正过来。

所述补偿的具体形式如图3所示，其中图中对应的折线1、2、3分别为取不同K值情况下对应的补偿量，对应的计算为，

y=Kx-B

其中，y为根据时间变量x计算得到的实际补偿量，x为半个工频周期内的时间变量，B为工频周期过零点处的Ton的补偿量，K是我们需要在补偿表中根据相关的信息查找的量，K体现的是一个补偿的量的斜率，K越大，补偿的量越大，该三角波信号补偿具体是指在半个正弦周期之内。本发明是将简单的三角波信号叠加到Vcomp位置进行补偿，能一定程度上对输入电压和电流的相位进行校正，提高功率因数，在很多应用中，如果数字控制器性能比较强，可以用更复杂的补偿信号对Vcomp进行补偿，补偿出更加符合要求的电流波形。

下面将利用PFC电路的电流校正的具体实例来更好地说明本发明的工作流程和原理。

在正弦周期的过零点，也就是一个正弦周期开始的时候，可以得到此时系统的负载信息以及输入电网的频率的信息，根据这两个信息，程序查到对应的补偿斜率信息，对Vcomp进行干预，具体的补偿逻辑如图3所示。

从图3可以看到，在BCM控制模式下，在半个正弦周期内，Vcomp的电压从补偿前的直线变成了三角波，对应的Ton在半个正弦周期内是随着时间的慢慢放大，产生的作用就是改变PFC电路的电流波形，PFC电路中电流波形从原来的严格跟随输入电压，变成一个相位滞后的电流波形，从而抵消了部分因为输入电容引起的超前的电流波形，最终使输入电流波形在高频下和输入电压波形之间的相位差能够减小。

通过计算电网的频率以及负载信息，得出对应的补偿斜率，通常只涉及了5个频率点和4个负载点，实际在补偿时可以根据需要将频率点和负载点适当增加，使得补偿的量更加的精准。校正前后的波形对比如图4所示。

本发明中电流校正方法实验参数和结果如下：

通过仿真，经过补偿之后，在输入频率为400Hz情况下，在功率为150W的情况下，功率因数能从0.77提升到0.93。

本发明提到的补偿为在半个正弦周期内的线性补偿，补偿效果并不是最完美的，在数字控制器算力允许的情况下，补偿的量可以是复杂的异形信号，这样可以将输入电流波形补偿到更好地跟随输入电压波形。

本发明还提供一种适用于宽频输入的PFC电路的电流校正系统，如图5所示，该系统具体包括：电路检测单元、波形获取单元和补偿单元。

所述电路检测单元，用于检测电路中输入电网电压、输入电网电流以及输入电网频率，得到输入电网的多个变量。

其中所述变量为1个或者多个，并且包括但是不限于电压、电流和频率。

其中被检测电路为PFC电路，并且该电路包括为图腾柱无桥PFC，采用BCM临界导通模式，另外，该电路还包括但不限于Boost PFC，反激PFC，Buck PFC等。

对于检测电路的控制方式包括但不限于断续模式控制，临界模式控制和连续模式控制。

所述波形获取单元，用于选择多个变量中的1个或多个，并根据上述选择出的变量确定补偿量。

所述确定补偿波形，具体为根据选出的变量，从预设的查找表中找到对应的补偿量。所述查找表包括负载、频率等参数，以及上述参数对应的预设的补偿量。

所述补偿波形是三角信号，或者是根据需要补偿的其他异形信号。

所述补偿单元，用于利用所述补偿波形，对所述PFC电路进行补偿，从而矫正PFC电路的输入电流。所述对PFC电路进行补偿总体可描述为对正弦周期内的不同相角下的Ton进行补偿。Ton为一个开关周期中驱动管的开通时间，其值是闭环得出的PI输出值加上y=Kx-B得到的。

具体为：

所述补偿单元直接对检测电路中开关基准Vcomp进行补偿，不同的电路控制模式，开关基准Vcomp位于不同的位置，并且该位置周围的电路结构不同。

对于电压型控制模式，一般补偿点位于Vcomp，具体位于比例积分控制器PI的输入与比较器输出连接的位置；也可以将补偿点设置在以恒流源给电容充电的三角波发生器上，即比较器C1的同向输入端，但是补偿的逻辑需要同步变更。

对于电流型控制模式，补偿点位于Vcomp，具体位于比例积分控制器PI的输入与比较器输出连接的位置；另一种方案补偿点可以位于Vcs信号上，具体位于电阻Rs和比较器输入IN+连接的位置，但是补偿的逻辑需要同步变更。

其中，所述补偿单元，用于改变原来的标准正弦信号下开关管的占空比分布，矫正PFC电流波形的相位，使得模块外接滤波器之前的电流波形和电压波形的相位得以矫正过来。

所述补偿的具体计算公式为：

y=Kx-B

本发明还提供一种存储介质，该介质存储计算机程序，所述计算机程序执行上述适用于宽频输入的PFC电路的电流校正方法。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

Claims (7)

1.一种适用于宽频输入PFC电路的电流校正方法，其特征在于，该方法具体包括：

步骤1、检测电路中输入电网电压、输入电网电流以及输入电网频率，得到输入电网的多个变量；

步骤2、选择检测到的多个变量中的1个或多个，并根据要求选择补偿量；

步骤3、利用所述从查找表中查到的补偿量，对PFC电路进行补偿，从而矫正PFC电路的开关电流分布；所述查找表包括负载、频率参数，以及根据上述参数对应的预设的补偿量；

所述对PFC电路进行补偿总体可描述为对正弦周期内的不同相角下的Ton进行补偿，Ton为一个开关周期中驱动管的开通时间。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述变量为1个或者多个，并且包括但是不限于电压、电流和频率。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述根据要求选择补偿量具体为根据选出的变量，从预设的查找表中找到对应的补偿量。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤3中的补偿方式为直接对PFC电路中开关基准Vcomp进行补偿，不同的电路控制模式，开关基准Vcomp位于不同的位置，并且该位置周围的电路结构不同。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述补偿对应的计算为：y=Kx-B；y为根据时间变量x计算得到的实际补偿量，x为半个工频周期内的时间变量，B为工频周期过零点处的Ton的补偿量，K是我们需要在补偿表中根据相关的信息查找的量。

6.一种适用于宽频输入的PFC电路的电流校正系统，该系统具体包括：电路检测单元、波形获取单元和补偿单元；

所述电路检测单元，用于检测电路中输入电网电压、输入电网电流以及输入电网频率，得到输入电网的多个变量；

所述波形获取单元，用于选择多个变量中的1个或多个，并根据上述选择出的变量确定补偿量；

所述补偿单元，用于利用所述补偿波形，对所述PFC电路进行补偿，从而矫正PFC电路的输入电流；

所述对PFC电路进行补偿总体可描述为对正弦周期内的不同相角下的Ton进行补偿，Ton为一个开关周期中驱动管的开通时间。

7.一种存储介质，该介质存储计算机程序，所述计算机程序执行如权利要求1-5任一项所述方法。

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