CN115173693A - 三相有源pfc控制电路、控制信号生成方法及拓扑结构 - Google Patents
三相有源pfc控制电路、控制信号生成方法及拓扑结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115173693A CN115173693A CN202210806292.2A CN202210806292A CN115173693A CN 115173693 A CN115173693 A CN 115173693A CN 202210806292 A CN202210806292 A CN 202210806292A CN 115173693 A CN115173693 A CN 115173693A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- voltage
- phase
- current
- loop controller
- module
- 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
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
- H02M1/4216—Arrangements for improving power factor of AC input operating from a three-phase input voltage
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F11/00—Control or safety arrangements
- F24F11/30—Control or safety arrangements for purposes related to the operation of the system, e.g. for safety or monitoring
- F24F11/46—Improving electric energy efficiency or saving
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F11/00—Control or safety arrangements
- F24F11/62—Control or safety arrangements characterised by the type of control or by internal processing, e.g. using fuzzy logic, adaptive control or estimation of values
- F24F11/63—Electronic processing
- F24F11/64—Electronic processing using pre-stored data
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F11/00—Control or safety arrangements
- F24F11/88—Electrical aspects, e.g. circuits
-
- 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
- H02M1/084—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters using a control circuit common to several phases of a multi-phase system
-
- 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
- H02M1/088—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices
-
- 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
- H02M1/4233—Arrangements for improving power factor of AC input using a bridge converter comprising active switches
-
- 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
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
- H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M7/2173—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a biphase or polyphase circuit arrangement
-
- 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
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
- H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M7/219—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a bridge configuration
-
- 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
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
- H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M7/23—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only arranged for operation in parallel
-
- 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)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fuzzy Systems (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Rectifiers (AREA)
Abstract
本申请实施例提供一种三相有源pfc控制电路、控制信号生成方法及拓扑结构,其中,三相有源pfc控制电路包括:采样模块,被配置为获取参考电压、母线电压、主电路的三相相电压和三相相电流;前馈模块,包括电压前馈环控制器,电压前馈环控制器与采样模块连接;控制模块,分别与电压前馈环控制器及采样模块连接,被配置为根据参考电压、母线电压、主电路的三相相电压和三相相电流以及电压前馈量,输出三相电流输出信号;PWM模块,与控制模块连接,被配置为根据三相电流输出信号,输出控制信号。本申请能够有效解决空调器功率因素低、电流谐波含量大、对国家电网电污染严重的问题,同时倡导绿色低碳理念。
Description
技术领域
本申请涉及电源电路技术领域,具体涉及一种三相有源pfc控制电路、控制信号生成方法及拓扑结构。
背景技术
当前商用空调器主要采用单相有源pfc控制电路,存在功率因素低、电流谐波含量大、对国家电网电污染严重的问题。
发明内容
本申请实施例提供一种三相有源pfc控制电路、控制信号生成方法及拓扑结构,能够有效解决上述问题。
一方面,本实施例提供一种三相有源pfc控制电路,包括:采样模块,被配置为获取参考电压、母线电压、主电路的三相相电压Va、Vb、Vc和三相相电流Ia、Ib、Ic;前馈模块,包括电压前馈环控制器,电压前馈环控制器与采样模块连接,被配置为根据相电压Va,输出电压前馈量VaFor;根据相电压Vb,输出电压前馈量VbFor;根据相电压Vc,输出电压前馈量VcFor;控制模块,分别与电压前馈环控制器及采样模块连接,被配置为根据参考电压、母线电压、主电路的三相相电压Va、Vb、Vc和三相相电流Ia、Ib、Ic以及电压前馈量VaFor、VbFor、VcFor,输出三相电流输出信号IaOut、IbOut、IcOut;PWM模块,与控制模块连接,被配置为根据三相电流输出信号IaOut、IbOut、IcOut,输出控制信号。
在其中一些实施例中,控制模块包括:电压环控制器,与采样模块连接,被配置为根据参考电压和母线电压,得到输出值Vout;电流环控制器,分别与采样模块、电压环控制器和电压前馈环控制器连接,被配置为根据相电流Ia、相电压Va、电压前馈量VaFor和输出值Vout,得到电流输出信号IaOut;根据相电流Ib、相电压Vb、电压前馈量VbFor和输出值Vout,得到电流输出信号IbOut;根据相电流Ic、相电压Vc、及电压前馈量VcFor和输出值Vout,得到电流输出信号IcOut。
在其中一些实施例中,包括:电压环控制器,与采样模块连接,被配置为根据参考电压和母线电压,得到输出值Vout;乘法器,与电压环控制器,电压前馈环控制器及采样模块连接,被配置为根据相电压Va、电压前馈量VaFor和输出值Vout,得到参考电流IaRef;根据相电压Vb、电压前馈量VbFor和输出值Vout,得到参考电流IbRef;以及根据相电压Vc、电压前馈量VcFor和输出值Vout,得到参考电流IcRef;电流环控制器,分别与采样模块及乘法器连接,被配置为根据相电流Ia及参考电流IaRef,输出电流输出信号IaOut;根据相电流Ib及参考电流IbRef,输出电流输出信号IbOut;以及根据相电流Ic及参考电流IcRef,输出电流输出信号IcOut。
在其中一些实施例中,前馈模块还包括占空比前馈环控制器,占空比前馈环控制器分别与采样模块和PWM模块连接,占空比前馈环控制器被配置为根据相电压Va和参考电压,输出占空比DaFor;根据相电压Vb和参考电压,输出占空比DbFor;以及根据相电压Vc和参考电压,输出占空比DcFor;PWM模块被配置为根据电流输出信号IaOut、IbOut、IcOut及占空比DaFor、DbFor、DcFor,输出控制信号。
在其中一些实施例中,PWM模块包括:第一加法器,分别与控制模块及占空比前馈环控制器连接,被配置为分别根据占空比DaFor、DbFor及DcFor对电流输出信号IaOut、IbOut、IcOut进行调整,得到第一控制指令;信号转换单元,与第一加法器连接,被配置为对第一控制指令进行整合,得到最终控制指令;PWM调制单元,与信号转换单元连接,被配置为对最终控制指令进行调制,并输出控制信号。
在其中一些实施例中,PWM模块还包括:零序分量注入器,零序分量注入器与第一加法器连接,被配置为根据第一加法器输入的控制指令,得到零序分量Zero;第二加法器,分别与零序分量注入器、第一加法器和信号转换单元连接,被配置为对第一控制指令、零序分量Zero进行整合,得到第二控制指令;信号转换单元被配置为对第二控制指令进行整合,得到最终控制指令。
在其中一些实施例中,采样模块还被配置为对采集的数据进行滤波和/或标幺处理。
另一方面,本实施例提供一种三相pfc控制信号生成方法,应用于上述实施例中任一项的三相有源pfc控制电路,方法包括:通过采样模块获取参考电压、母线电压、主电路的三相相电压Va、Vb、Vc和三相相电流Ia、Ib、Ic;通过电压前馈环控制器,根据三相相电压Va,输出电压前馈量VaFor;根据三相相电压Vb,输出电压前馈量VbFor;根据三相相电压Vc,输出电压前馈量VcFor;通过控制模块,根据参考电压、母线电压、主电路的三相相电压Va、Vb、Vc和三相相电流Ia、Ib、Ic以及电压前馈量VaFor、VbFor、VcFor,输出电流输出信号IaOut、IbOut、IcOut;通过PWM模块,根据电流输出信号IaOut、IbOut、IcOut,输出控制信号。
在其中一些实施例中,方法还包括:通过占空比前馈环控制器根据三相相电压Va和参考电压,输出占空比DaFor,根据三相相电压Vb和参考电压,输出占空比DbFor,以及根据三相相电压Vc和参考电压,输出占空比DcFor;通过PWM模块根据电流输出信号IaOut、IbOut、IcOut及占空比DaFor、DbFor、DcFor,输出控制信号。
在其中一些实施例中,方法还包括以下步骤:电流输出信号IaOut、IbOut、IcOut及占空比DaFor、DbFor、DcFor分别发送至零序分量注入器中,得到输出值Zero;将输出值Zero与电流输出信号IaOut、占空比DaFor做加法运算,得到第一输出值;输出值Zero与电流输出信号IbOut、占空比DcFor做加法运算,得到第二输出值;输出值Zero与电流输出信号IcOut、占空比DcFor做加法运算,得到第三输出值;将第一输出值、第二输出值和第三输出值发送至PWM模块中;PWM模块输出控制信号。
本实施例还提供一种拓扑结构,包括主电路和上述实施例中任一项的三相有源pfc控制电路;主电路包括:第一支路,串联有第一并联结构,第一并联结构包括相互并联的第一开关和第二开关;第二支路,串联有第二并联结构,第二并联结构包括相互并联的第三开关和第四开关;第三支路,串联有第三并联结构,第三并联结构包括相互并联的第五开关和第六开关;三相有源pfc控制电路分别获取第一支路、第二支路和第三支路的相电流和相电压,并控制第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关和第六开关的通断。
有益效果:
本实施例提供的三相有源pfc控制电路采用三相带前馈控制,能够有效解决空调器功率因素低、电流谐波含量大、对国家电网电污染严重的问题,同时倡导绿色低碳理念,为国家商用空调器的指标提升做准备。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一些实施例提供的三相有源pfc控制电路的电路图;
图2是本申请一些实施例提供的拓扑结构的电路图;
图3是无pfc校正方法的输入电压、输入电流、母线电压波形图;
图4是无源pfc校正方法的输入电压、输入电流、母线电压波形图;
图5是本申请有源pfc校正方法的输入电压、输入电流、母线电压波形图;
图6是本申请有源pfc校正方法的PF值测量(功率因素)图;
图7是本申请有源pfc校正方法的THD值测量(总谐波失真)图;
图8是无前馈环的输入电压和输入电流波形图;
图9是本申请有前馈环的输入电压和输入电流波形图;
图10是本申请零序分量注入的波形图;
附图标记:
10、采样模块;201、电压前馈环控制器;202、占空比前馈环控制器;301、电压环控制器;302、电流环控制器;303、乘法器;40、PWM模块;401、第一加法器;402、信号转换单元;403、PWM调制单元;404、零序分量注入器;405、第二加法器。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
“A和/或B”,包括以下三种组合:仅A,仅B,及A和B的组合。
本申请中“适用于”或“被配置为”的使用意味着开放和包容性的语言,其不排除适用于或被配置为执行额外任务或步骤的设备。另外,“基于”的使用意味着开放和包容性,因为“基于”一个或多个所述条件或值的过程、步骤、计算或其他动作在实践中可以基于额外条件或超出所述的值。
在本申请中,“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例更优选或更具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本申请,给出了以下描述。在以下描述中,为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是,本领域普通技术人员可以认识到,在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本申请。在其它实例中,不会对公知的结构和过程进行详细阐述,以避免不必要的细节使本申请的描述变得晦涩。因此,本申请并非旨在限于所示的实施例,而是与符合本申请所公开的原理和特征的最广范围相一致。
一方面,本实施例提供一种三相有源pfc控制电路,如图1所示,包括采样模块10、前馈模块、控制模块和PWM模块40。采样模块10被配置为获取参考电压Vref、母线电压Vdc、主电路的三相相电压Va、Vb、Vc和三相相电流Ia、Ib、Ic;其中,获取主电路的三相相电压Va、Vb、Vc时,可以选择性对主电路的其中任意两相相电压进行采样,然后通过计算的方式得到另外一相相电压,也可以直接选择对主电路的三相相电压进行采样,分别得到三相相电压;三相相电流的获取方式与三相相电压的获取方式相同,也可选择性采样其中任意两相相电流,或者直接采样三相相电流。
前馈模块包括电压前馈环控制器201,电压前馈环控制器201与采样模块10连接,用于获取采样模块10获取的三相相电压Va、Vb、Vc,并分别将其中的相电压进行处理,得到输出值电压前馈量VaFor、VbFor、VcFor,具体来说,采用现有电压前馈的补偿方式,输入相电压Va,得到输出值电压前馈量VaFor;输入相电压Vb,得到输出值电压前馈量VbFor;输入相电压Vc,得到输出值电压前馈量VcFor;电压前馈环控制器201的数量不作限定,三相相电压数据通过三个分别独立的电路进行传输,然后传输至电压前馈环控制器201中。在电压前馈环控制器201中,可以通过一个电压前馈环控制器201分别进行处理,以得到对应的输出值,也可以分别采用多个(比如两个、三个,甚至更多)分别进行处理,以得到对应的输出值。通过电压前馈环控制器201的设置,能够实现后端恒功率输出,加宽输入电压工作范围,稳定输出电压,提高负载调整率。电压前馈环节,使电压环传递函数除以输入电压的有效值的平方,也是为了消除或减弱输入电压对控制器的耦合作用。
控制模块分别与电压前馈环控制器201和采样模块10连接,采样模块10将获取的参考电压Vref、母线电压Vdc、主电路的三相相电压Va、Vb、Vc、主电路的三相相电流Ia、Ib、Ic发送至控制模块,电压前馈环控制器201输出的三相电压前馈量VaFor、VbFor、VcFor发送至控制模块;控制模块对这些数据进行处理,得到电流输出信号IaOut、IbOut、IcOut。
PWM模块40与控制模块连接,PWM模块40接收控制模块输出的电流输出信号IaOut、IbOut、IcOut,并进行处理,最终输出控制信号,用以对主电路进行控制。
在其中一些实施例中,控制模块包括电压环控制器301和电流环控制器302;其中,电压环控制器301与采样模块10连接,根据电压环的控制方式,被配置为根据参考电压Vref和母线电压Vdc,得到输出值Vout。电压环控制器301的输入变量分别为参考电压Vref、母线电压Vdc,使母线电压Vdc稳定在参考电压Vref附近,采用10KHz的计算频率。
电流环控制器302分别与采样模块10、电压环控制器301和电压前馈环控制器201连接,根据电流环的控制方式,分别获取采样模块10获取的三相相电流Ia、Ib、Ic、三相相电压Va、Vb、Vc、三相电压前馈量VaFor、VbFor、VcFor和输出值Vout,得到电流输出信号;具体来说,根据相电流Ia、相电压Va、电压前馈量VaFor和输出值Vout,得到电流输出信号IaOut;根据相电流Ib、相电压Vb、电压前馈量VbFor和输出值Vout,得到电流输出信号IbOut;根据相电流Ic、相电压Vc、及电压前馈量VcFor和输出值Vout,得到电流输出信号IcOut。电流环控制器302对应连接三条电路,具体设置方式与电压前馈环控制器201相似,不再赘述。该环节主要作用是使输入电流跟随输入电压相位,达到功率因素校正效果,其计算频率50KHz。
在另外一些实施例中,控制模块包括电压环控制器301和电流环控制器302,以及乘法器303。电压环控制器301与采样模块10连接,电流环控制器302与采样模块10连接,乘法器303分别与电压环控制器301、电压前馈环控制器201、采样模块10和电流环控制器302连接。乘法器303通过获取三相相电压Va、Vb、Vc、三相电压前馈量VaFor、VbFor、VcFor和输出值Vout,得到参考电流;具体来说,根据相电压Va、电压前馈量VaFor和输出值Vout,得到参考电流IaRef;根据所述相电压Vb、电压前馈量VbFor和输出值Vout,得到参考电流IbRef;以及根据相电压Vc、电压前馈量VcFor和输出值Vout,得到参考电流IcRef。乘法器303对应连接三条电路,具体设置方式与电压前馈环控制器201和电流环控制器302相似,不再赘述。分别对ABC三路处理的乘法器303,输入分别为电压环的输出Vout,电压前馈环的输出VaFor、VbFor、VcFor,及abc三相电压Va、Vb、Vc,通过乘法器303把相电压信息Va、Vb、Vc和电压前馈环信号VaFor、VbFor、VcFor叠加到电压环控制器301的输出指令Vout上,计算后的输出给到电流环的输入。
电流环控制器302此时根据参考电流IaRef、IbRef、IcRef和三相相电流Ia、Ib、Ic,得到电流输出信号IaOut、IbOut、IcOut;具体来说,根据相电流Ia及参考电流IaRef,输出所述电流输出信号IaOut;根据相电流Ib及参考电流IbRef,输出所述电流输出信号IbOut;以及根据相电流Ic及参考电流IcRef输出所述电流输出信号IcOut。电流环控制器302参考电流IaRef、IbRef、IcRef是通过前端乘法器303把相电压信息Va、Vb、Vc和电压前馈环信号VaFor、VbFor、VcFor叠加其中,控制实际采样电流Ia、Ib、Ic跟随IaRef、IbRef、IcRef参考指令,最后输出IaOut、IbOut、IcOut指令。
在其中一些实施例中,前馈模块还包括占空比前馈环控制器202,占空比前馈环控制器202分别与采样模块10和PWM模块40连接,采样模块10将获取的三相相电压Va、Vb、Vc和参考电压Vref发送至占空比前馈环控制器202,占空比前馈环控制器202进行处理,并输出占比空输出值DaFor、DbFor、DcFor;具体来说,对前馈环控制器输入相电压Va和参考电压Vref,输出占空比DaFor;对前馈环控制器输入相电压Vb和参考电压Vref,输出占空比DbFor;对前馈环控制器输入相电压Vc和参考电压Vref,输出占空比DcFor;然后分别将占空比DaFor、DbFor和DcFor发送至PWM模块40中。PWM模块40根据占空比前馈环控制器202输出的占空比DaFor、DbFor和DcFor,以及控制模块输出的电流输出信号IaOut、IbOut、IcOut,最终输出控制信号。由于开关管等的电路延迟、电压环控制器301自身特性及电容容性等,会导致输入电流超前输入电压。引入占空比前馈环节,绕过电压环控制器301和电流环控制器302,直接把电压信号反馈到后端占空比,加快控制器相应速度,补偿电压的滞后,能减少输入电压的滞后,提高功率因素。
在其中一些实施例中,PWM模块40包括第一加法器401、信号转换单元402和PWM调制单元403;其中,第一加法器401分别与控制模块和占空比前馈环控制器202连接,第一加法器对应连接三条电路,具体设置方式与电压前馈环控制器201、电流环控制器302和乘法器303相似,不再赘述。第一加法器401分别接收占空比前馈环控制器202输出的占空比DaFor、DbFor和DcFor,以及控制模块输出的电流输出信号IaOut、IbOut、IcOut,并进行调整,然后发送至信号转换单元402。
信号转换单元402与第一加法器401连接,用以接收第一加法器401调整后的电流信号,并进行整合。该模块负责分别把abc三路的最终控制指令,转换成DSP中PWM相关寄存器的对应值。在另外一些示例中,还可对控制指令加以限幅,防止数据溢出。
PWM调制单元403,与信号转换器连接,获取经信号转换单元402整合后的控制指令进行调制,并输出最终需要的控制信号。在具体的示例中,可采用DSP芯片内部的PWM模块40,采用三角波进行信号调制,调制频率为50KHz。
在其中一些实施例中,PWM模块40还包括零序分量注入器404和第二加法器405;其中,零序分量注入器404与第一加法器401连接,用于获取第一加法器401输出的第一控制指令,并进行处理,得到输出值零序分量Zero。在三相对称系统中,注入一定量的三次谐波,可提高变换器的利用率,并且所注入的三次谐波可在系统内相互抵消,不会影响调制质量,最后得出类似SVPWM的调制效果。但三次谐波的注入涉及三角函数计算,不利于DSP的运行效率,故可用零序分量代替三次谐波注入。如图所示,输入量为A、B、C,输出指令Zero分别叠加到ABC的三相调制信号中。第二加法器405分别与零序分量注入器404、第一加法器401和信号转换单元402连接,被配置为对第一控制指令、零序分量Zero进行整合,得到第二控制指令;信号转换单元402被配置为对第二控制指令进行整合,得到最终控制指令。
在其中一些实施例中,采样模块10还被配置为对采集的数据进行滤波和/或标幺处理。该模块输入变量分别为参考电压Vref、母线电压Vdc、a相电压Va、a相电流Ia、b相电压Vb、b相电流Ib。根据DSP离线信号处理的特点,为减少干扰,需在避开IGBT等大功率开关器件动作后,去采样信号。经由设置标幺值,去统一量纲,方便后级计算。得到经处理后的输出量Vref、Vdc、Va、Ia、Vb、Ib。
另一方面,本实施例还提供一种三相pfc控制信号生成方法,应用于上述实施例中任一项的三相有源pfc控制电路,该方法具体包括以下步骤:
通过采样模块10获取参考电压、母线电压、主电路的三相相电压Va、Vb、Vc和三相相电流Ia、Ib、Ic;
通过电压前馈环控制器201,根据三相相电压Va,输出电压前馈量VaFor;根据三相相电压Vb,输出电压前馈量VbFor;根据三相相电压Vc,输出电压前馈量VcFor;
通过控制模块,根据参考电压、母线电压、主电路的三相相电压Va、Vb、Vc和三相相电流Ia、Ib、Ic以及电压前馈量VaFor、VbFor、VcFor,输出电流输出信号IaOut、IbOut、IcOut;
通过PWM模块40根据电流输出信号IaOut、IbOut、IcOut,输出控制信号。
在其中一些实施例中,三相pfc控制信号生成方法还包括:
通过占空比前馈环控制器202根据三相相电压Va和参考电压,输出占空比DaFor,根据三相相电压Vb和参考电压,输出占空比DbFor,以及根据三相相电压Vc和参考电压,输出占空比DcFor;
通过PWM模块40根据电流输出信号IaOut、IbOut、IcOut,输出控制信号,包括:
通过PWM模块40根据电流输出信号IaOut、IbOut、IcOut及占空比DaFor、DbFor、DcFor,输出控制信号。
在其中一些实施例中,三相pfc控制信号生成方法还包括以下步骤:
电流输出信号IaOut、IbOut、IcOut及占空比DaFor、DbFor、DcFor分别发送至零序分量注入器404中,得到输出值Zero;
将输出值Zero与电流输出信号IaOut、占空比DaFor做加法运算,得到第一输出值;
输出值Zero与电流输出信号IbOut、占空比DcFor做加法运算,得到第二输出值;
输出值Zero与电流输出信号IcOut、占空比DcFor做加法运算,得到第三输出值;
将第一输出值、第二输出值和第三输出值发送至PWM模块40中;
PWM模块40输出控制信号。
如图3至图5所示,显示了同负载下A相,无pfc校正方案、无源pfc校正方案、使用本申请三相有源控制电路的输入电压、输入电流、母线电压波形对比图,能够得到本申请三相有源控制电路的功率因素大大提高。如图6所示,本申请三相有源控制电路的功率因素高达99.5%。如图7所示,本申请三相有源控制电路的总谐波失真度0.85%。如图8和图9所示,为无占空比前馈的波形和本申请中有前馈环的输入电压和输入电流波形对照图。如图10所示,为本申请三相有源控制电路的零序分量注入的波形示意图,通过零序分量的注入,可提高变换器容量。
本实施例还提供一种拓扑结构,如图2所示,包括主电路和上述实施例中任一项的三相有源pfc控制电路;主电路包括:
第一支路,串联有第一并联结构,第一并联结构包括相互并联的第一开关和第二开关;第二支路,串联有第二并联结构,第二并联结构包括相互并联的第三开关和第四开关;第三支路,串联有第三并联结构,第三并联结构包括相互并联的第五开关和第六开关;
三相有源pfc控制电路分别获取第一支路、第二支路和第三支路的相电流和相电压,并控制第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关和第六开关的通断。
在其中一些实施例中,第一支路、第二支路和第三支路上分别串联设有pfc电感。
在其中一些实施例中,第一支路、第二支路和第三支路同时串联设有电容。
以上对本申请实施例所提供的一种三相有源pfc控制电路、控制信号生成方法及拓扑结构进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想;同时,对于本领域的技术人员,依据本申请的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (11)
1.一种三相有源pfc控制电路,其特征在于,包括:
采样模块,被配置为获取参考电压、母线电压、主电路的三相相电压Va、Vb、Vc和三相相电流Ia、Ib、Ic;
前馈模块,包括电压前馈环控制器,所述电压前馈环控制器与所述采样模块连接,被配置为根据相电压Va,输出电压前馈量VaFor;根据相电压Vb,输出电压前馈量VbFor;根据相电压Vc,输出电压前馈量VcFor;
控制模块,分别与所述电压前馈环控制器及所述采样模块连接,被配置为根据参考电压、母线电压、主电路的三相相电压Va、Vb、Vc和三相相电流Ia、Ib、Ic以及电压前馈量VaFor、VbFor、VcFor,输出三相电流输出信号IaOut、IbOut、IcOut;
PWM模块,与所述控制模块连接,被配置为根据三相电流输出信号IaOut、IbOut、IcOut,输出控制信号。
2.根据权利要求1所述的三相有源pfc控制电路,其特征在于,所述控制模块包括:
电压环控制器,与所述采样模块连接,被配置为根据参考电压和母线电压,得到输出值Vout;
电流环控制器,分别与所述采样模块、所述电压环控制器和所述电压前馈环控制器连接,被配置为根据相电流Ia、相电压Va、电压前馈量VaFor和输出值Vout,得到电流输出信号IaOut;根据相电流Ib、相电压Vb、电压前馈量VbFor和输出值Vout,得到电流输出信号IbOut;根据相电流Ic、相电压Vc、及电压前馈量VcFor和输出值Vout,得到电流输出信号IcOut。
3.根据权利要求1所述的三相有源pfc控制电路,其特征在于,包括:
电压环控制器,与所述采样模块连接,被配置为根据所述参考电压和所述母线电压,得到输出值Vout;
乘法器,与所述电压环控制器,所述电压前馈环控制器及所述采样模块连接,被配置为根据所述相电压Va、电压前馈量VaFor和输出值Vout,得到参考电流IaRef;根据所述相电压Vb、电压前馈量VbFor和输出值Vout,得到参考电流IbRef;以及根据所述相电压Vc、电压前馈量VcFor和输出值Vout,得到参考电流IcRef;
电流环控制器,分别与所述采样模块及所述乘法器连接,被配置为根据相电流Ia及参考电流IaRef,输出所述电流输出信号IaOut;根据相电流Ib及参考电流IbRef,输出电流输出信号IbOut;以及根据相电流Ic及参考电流IcRef,输出电流输出信号IcOut。
4.根据权利要求1所述的三相有源pfc控制电路,其特征在于,所述前馈模块还包括占空比前馈环控制器,所述占空比前馈环控制器分别与所述采样模块和所述PWM模块连接,所述占空比前馈环控制器被配置为根据相电压Va和参考电压,输出占空比DaFor;根据相电压Vb和参考电压,输出占空比DbFor;以及根据相电压Vc和参考电压,输出占空比DcFor;
所述PWM模块被配置为根据所述电流输出信号IaOut、IbOut、IcOut及占空比DaFor、DbFor、DcFor,输出控制信号。
5.根据权利要求4所述的三相有源pfc控制电路,其特征在于,所述PWM模块包括:
第一加法器,分别与所述控制模块及所述占空比前馈环控制器连接,被配置为分别根据所述占空比DaFor、DbFor及DcFor对所述电流输出信号IaOut、IbOut、IcOut进行调整,得到第一控制指令;
信号转换单元,与所述第一加法器连接,被配置为对第一控制指令进行整合,得到最终控制指令;
PWM调制单元,与所述信号转换单元连接,被配置为对最终控制指令进行调制,并输出所述控制信号。
6.根据权利要求5所述的三相有源pfc控制电路,其特征在于,所述PWM模块还包括:
零序分量注入器,所述零序分量注入器与所述第一加法器连接,被配置为根据所述第一加法器输入的控制指令,得到零序分量Zero;
第二加法器,分别与所述零序分量注入器、第一加法器和信号转换单元连接,被配置为对第一控制指令、零序分量Zero进行整合,得到第二控制指令;
所述信号转换单元被配置为对所述第二控制指令进行整合,得到最终控制指令。
7.根据权利要求1所述的三相有源pfc控制电路,其特征在于,所述采样模块还被配置为对采集的数据进行滤波和/或标幺处理。
8.一种三相pfc控制信号生成方法,其特征在于,应用于如权利要求1至7任一项所述的三相有源pfc控制电路,所述方法包括:
通过所述采样模块获取参考电压、母线电压、主电路的三相相电压Va、Vb、Vc和三相相电流Ia、Ib、Ic;
通过所述电压前馈环控制器,根据三相相电压Va,输出电压前馈量VaFor;根据三相相电压Vb,输出电压前馈量VbFor;根据三相相电压Vc,输出电压前馈量VcFor;
通过所述控制模块,根据参考电压、母线电压、主电路的三相相电压Va、Vb、Vc和三相相电流Ia、Ib、Ic以及电压前馈量VaFor、VbFor、VcFor,输出电流输出信号IaOut、IbOut、IcOut;
通过所述PWM模块,根据电流输出信号IaOut、IbOut、IcOut,输出控制信号。
9.根据权利要求8所述的三相pfc控制信号生成方法,其特征在于,所述方法还包括:
通过所述占空比前馈环控制器根据三相相电压Va和参考电压,输出占空比DaFor,根据三相相电压Vb和参考电压,输出占空比DbFor,以及根据三相相电压Vc和参考电压,输出占空比DcFor;
通过所述PWM模块根据所述电流输出信号IaOut、IbOut、IcOut及占空比DaFor、DbFor、DcFor,输出控制信号。
10.根据权利要求9所述的三相pfc控制信号生成方法,其特征在于,所述方法还包括以下步骤:
电流输出信号IaOut、IbOut、IcOut及占空比DaFor、DbFor、DcFor分别发送至所述零序分量注入器中,得到输出值Zero;
将所述输出值Zero与所述电流输出信号IaOut、占空比DaFor做加法运算,得到第一输出值;
所述输出值Zero与所述电流输出信号IbOut、占空比DcFor做加法运算,得到第二输出值;
所述输出值Zero与所述电流输出信号IcOut、占空比DcFor做加法运算,得到第三输出值;
将所述第一输出值、第二输出值和第三输出值发送至所述PWM模块中;
所述PWM模块输出控制信号。
11.一种拓扑结构,其特征在于,包括主电路和权利要求1至7任一项所述的三相有源pfc控制电路;所述主电路包括:
第一支路,串联有第一并联结构,所述第一并联结构包括相互并联的第一开关和第二开关;
第二支路,串联有第二并联结构,所述第二并联结构包括相互并联的第三开关和第四开关;
第三支路,串联有第三并联结构,所述第三并联结构包括相互并联的第五开关和第六开关;
所述三相有源pfc控制电路分别获取所述第一支路、第二支路和第三支路的相电流和相电压,并控制所述第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关和第六开关的通断。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210806292.2A CN115173693A (zh) | 2022-07-08 | 2022-07-08 | 三相有源pfc控制电路、控制信号生成方法及拓扑结构 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210806292.2A CN115173693A (zh) | 2022-07-08 | 2022-07-08 | 三相有源pfc控制电路、控制信号生成方法及拓扑结构 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN115173693A true CN115173693A (zh) | 2022-10-11 |
Family
ID=83493998
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202210806292.2A Pending CN115173693A (zh) | 2022-07-08 | 2022-07-08 | 三相有源pfc控制电路、控制信号生成方法及拓扑结构 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN115173693A (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116582005A (zh) * | 2023-04-18 | 2023-08-11 | 西安麦格米特电气有限公司 | 一种电能转换电路、电能转换方法及电能转换设备 |
-
2022
- 2022-07-08 CN CN202210806292.2A patent/CN115173693A/zh active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116582005A (zh) * | 2023-04-18 | 2023-08-11 | 西安麦格米特电气有限公司 | 一种电能转换电路、电能转换方法及电能转换设备 |
CN116582005B (zh) * | 2023-04-18 | 2023-12-08 | 西安麦格米特电气有限公司 | 一种电能转换电路、电能转换方法及电能转换设备 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109066820B (zh) | 基于电流下垂特性的并联逆变器功率均分装置及控制方法 | |
CN112234808B (zh) | 单相逆变器的二倍频纹波抑制电路及抑制方法 | |
CN108494259B (zh) | 一种高压直流电源串并联组合系统的控制方法 | |
CN110165924B (zh) | 一种单相pwm整流器的改进无差拍控制方法 | |
CN112532096B (zh) | 一种适应弱电网的lcl型逆变器并网装置及方法 | |
CN112117888B (zh) | 基于过零点电流畸变在线补偿的图腾柱整流器的控制方法 | |
CN107482682A (zh) | 一种离网模式下有源滤波器与分布式电源协同控制方法 | |
CN111740454B (zh) | 一种基于母线接口变换器的混合微电网交直流电压统一控制方法 | |
CN110212535B (zh) | 一种交直流混合微电网的高次谐波有源稳定装置与方法 | |
CN103166489A (zh) | 一种三相高功率因数整流器的控制电路 | |
CN115051565A (zh) | 双向半桥直流变换器并网逆变器及纹波控制方法 | |
CN112909919B (zh) | 两级式三电平三相四线制储能换流器中点电位平衡方法和系统 | |
CN111987908A (zh) | 基于pi滑模变结构控制的三相交错并联双向dc/dc变换器 | |
CN115173693A (zh) | 三相有源pfc控制电路、控制信号生成方法及拓扑结构 | |
CN114123203B (zh) | 一种交流电网电压不平衡时直流母线电压纹波抑制策略 | |
KR101212264B1 (ko) | 인버터 장치 및 제어 방법 | |
CN102611339B (zh) | 一种三相整流装置的电流控制方法 | |
CN104901404A (zh) | 一种充电电路及输出控制方法 | |
CN109842319B (zh) | 一种大功率充放电系统电路拓扑结构及控制方法 | |
Wei et al. | Performance analysis and improvement of output current controller for three-phase shunt active power filter | |
CN109194132B (zh) | 一种高频变压器温度场测试电源拓扑的控制方法 | |
CN218041204U (zh) | 三相有源控制电路及拓扑结构 | |
Ji et al. | Dual-loop control for three-phase Vienna rectifier with duty-ratio feedforward | |
CN203691227U (zh) | 一种大功率三相有源功率校正电路 | |
CN108134512B (zh) | 一种针对h3imc的注入谐波电流控制方法 |
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 |