CN115622422B - 适用于sepic型pfc变换器的软开关控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

适用于SEPIC型PFC变换器的软开关控制方法及装置,无需通过改变变换器电路结构来实现软开关，属于PFC变换器控制领域。本发明对PFC变换器中输入到二极管的电流进行实时过零检测，当检测到ZCD短脉冲信号时，对ZCD短脉冲信号进行延时处理，延时时间为tw，延时后的ZCD短脉冲信号触发PFC变换器中开关管的导通，导通时间为Ton；在PFC变换器开关管的导通时刻，采集PFC变换器的输入交流电压当前瞬时值Vin和输出直流电压值Vdc；对输出直流电压值Vdc进行电压调节，获得恒定电压值Vm，基于当前获得的Vm、|Vin|计算出当前开关周期的导通时间
Figure DDA0003888864720000011

Description

适用于SEPIC型PFC变换器的软开关控制方法及装置
技术领域
本发明涉及一种适用于SEPIC型PFC变换器的软开关控制方法及装置，属于PFC变换器控制领域。
背景技术
基于SEPIC电路的PFC变换器的输入滤波电感位于输入侧，在断续导通模式(DCM)下具有输入电流连续且能够自动跟踪输入电压的特性，同时输出直流电压的调节范围较宽，在中高频航空电源(360Hz～800Hz)领域展现出极好的应用价值。考虑到航空电源的输入频率较高，为满足输入电流的谐波要求(例如DO-I60)，SEPIC型PFC变换器的开关频率通常设计较高，一般大于50kHz。然而，现有SEPIC型PFC变换器工作于硬开关模式，较高的开关频率会使得开关管的开关损耗增加，系统效率下降，因此变换器开关频率的上限会受到系统效率要求的限制。
相比于硬开关工作模式，软开关工作模式能够有效降低开关损耗甚至将开关损耗减小为0，是提高变换器开关频率的有效途径，主要包括开关管的零电压开通(ZVS)以及二极管的零电流关断(ZCS)。目前，变换器软开关的实现主要是通过引入谐振元件对电路进行硬件改进，变换器电路结构有所改变，这必然会增加电路的复杂性，电路工作的可靠性会受到影响，同时也会带来额外的元器件损耗。
发明内容
针对通过改变变换器电路结构来实现软开关的问题，本发明提供一种适用于SEPIC型PFC变换器的软开关控制方法及装置。
本发明的一种适用于SEPIC型PFC变换器的软开关控制方法，当PFC变换器为单开关管PFC变换器时，控制方法包括：
对PFC变换器中输入到二极管的电流进行实时过零检测，当检测到ZCD短脉冲信号时，对ZCD短脉冲信号进行延时处理，延时时间为tw，延时后的ZCD短脉冲信号触发PFC变换器中开关管的导通，导通时间为Ton，
Figure BDA0003888864700000011
L2为储能电感的电感值；
导通时间Ton的获取方法：
在PFC变换器开关管的导通时刻，采集PFC变换器的输入交流电压当前瞬时值Vin和输出直流电压值Vdc；
对输出直流电压值Vdc进行电压调节，获得恒定电压值Vm：
Figure BDA0003888864700000021
式中，r为PFC变换器输入侧等效电阻，L12为PFC变换器中输入滤波电感与储能电感的并联电感值；
基于当前获得的Vm、|Vin|计算出当前开关周期的导通时间Ton：
Figure BDA0003888864700000022
式中，CS为开关管的等效结电容值。
当PFC变换器为双开关管PFC变换器，控制方法包括：
当输入交流电压当前瞬时值Vin大于0阶段，PFC变换器中上开关管S1作为主开关管，PFC变换器中下开关管S2作为辅开关管；
当输入交流电压当前瞬时值Vin小于0阶段，PFC变换器中下开关管S2作为主开关管，PFC变换器中上开关管S1作为辅开关管；
在控制的过程中，给辅开关管持续导通信号，主开关管的控制方法包括：
对PFC变换器中输入到二极管的电流进行实时的过零检测，当检测到ZCD短脉冲信号时，对ZCD短脉冲信号进行延时处理，延时时间为tw，延时后的ZCD短脉冲信号触发PFC变换器中主开关管的导通，导通时间为Ton，
Figure BDA0003888864700000023
L2为储能电感的电感值；
导通时间Ton的获取方法：
在PFC变换器主开关管的导通时刻，采集PFC变换器的输入交流电压当前瞬时值Vin和输出直流电压值Vdc；
对输出直流电压值Vdc进行电压调节，获得恒定电压值Vm：
Figure BDA0003888864700000024
式中，r为PFC变换器输入侧等效电阻，L12为PFC变换器中输入滤波电感与储能电感的并联电感值；
基于当前获得的Vm、|Vin|计算出当前开关周期的导通时间Ton：
Figure BDA0003888864700000031
式中，CS为开关管的等效结电容值。
本发明还相应的提供一种适用于SEPIC型PFC变换器的软开关控制装置，适用于单开关管PFC变换器的软开关控制装置包括：
信号检测装置，同时与电压调节器、延时器和计算模块连接，用于对PFC变换器的输入交流电压当前瞬时值Vin、输出直流电压值Vdc进行实时采集，并对PFC变换器中输入到二极管的电流进行实时过零检测，当检测到ZCD短脉冲信号时，将ZCD短脉冲信号发送给延时器，同时将当前采集的输出直流电压值Vdc同时发送给电压调节器和计算模块，以及将当前采集的输入交流电压当前瞬时值Vin发送给计算模块；
电压调节器，用于对输出直流电压值Vdc进行电压调节，获得恒定电压值Vm，并将Vm同时发送给积分器和计算模块；
Figure BDA0003888864700000032
式中，r为PFC变换器输入侧等效电阻，L12为PFC变换器中输入滤波电感与储能电感的并联电感值；
积分器，同时与比较器和延时器连接，用于对恒定电压值Vm进行积分运算，积分运算后的值输入到比较器的正输入端；同时当检测到延时后的ZCD短脉冲信号的上升沿时刻，进行复位操作；
计算模块，与比较器连接，用于根据恒定电压值Vm、输出直流电压值Vdc和输入交流电压当前瞬时值Vin，计算出积分器输出所需满足的电压积分值，输入给比较器的反输入端；
Figure BDA0003888864700000033
Ton表示导通时间，
Figure BDA0003888864700000034
L2为储能电感的电感值；
比较器的输出端与RS触发器的R端连接，当积分器输出值达到计算模块的电压积分值时，开关管关断；
延时器，用于当接收到ZCD短脉冲信号，对ZCD短脉冲信号进行延时处理，延时时间为tw，
Figure BDA0003888864700000041
将延时后的ZCD短脉冲信号同时发送给RS触发器的S端和积分器；
RS触发器的Q端用于输出PFC变换器中开关管的门极驱动信号，当RS触发器接收到延时后的ZCD短脉冲信号时，RS触发器的Q端输出开关管导通的控制信号。
适用于双开关管PFC变换器的软开关控制装置包括：
信号检测装置，同时与电压调节器、延时器、计算模块、区间逻辑判定模块连接，用于对PFC变换器的输入交流电压当前瞬时值Vin、输出直流电压值Vdc进行实时采集，并对PFC变换器中输入到二极管的电流进行实时过零检测，将实时采集的输入交流电压瞬时值Vin发送给区间逻辑判定模块；当检测到ZCD短脉冲信号时，将ZCD短脉冲信号发送给延时器，同时将当前采集的输出直流电压值Vdc同时发送给电压调节器和计算模块，以及将当前采集的输入交流电压当前瞬时值Vin发送给计算模块；
电压调节器，用于对输出直流电压值Vdc进行电压调节，获得恒定电压值Vm，并将Vm同时发送给积分器和计算模块；
Figure BDA0003888864700000042
式中，r为PFC变换器输入侧等效电阻，L12为PFC变换器中输入滤波电感与储能电感的并联电感值；
积分器，同时与比较器和延时器连接，用于对恒定电压值Vm进行积分运算，积分运算后的值输入到比较器的正输入端；同时当检测到延时后的ZCD短脉冲信号的上升沿时刻，进行复位操作；
计算模块，与比较器连接，用于根据恒定电压值Vm、输出直流电压值Vdc和输入交流电压当前瞬时值Vin，计算出积分器输出所需满足的电压积分值，输入给比较器的反输入端；
Figure BDA0003888864700000043
Ton表示导通时间，
Figure BDA0003888864700000051
L2为储能电感的电感值；
比较器的输出端与RS触发器的R端连接，当积分器输出值达到计算模块的电压积分值时，开关管关断；
延时器，用于当接收到ZCD短脉冲信号，对ZCD短脉冲信号进行延时处理，延时时间为tw，
Figure BDA0003888864700000052
将延时后的ZCD短脉冲信号同时发送给RS触发器的S端和积分器；
区间逻辑判定模块，与逻辑控制模块连接，用于判断输入交流电压当前瞬时值Vin的正负阶段，获得逻辑信号，所述逻辑信号用于表示输入交流电压当前瞬时值Vin大于0或小于0，将逻辑信号输入至逻辑控制模块的一个逻辑信号输入端；
RS触发器的Q端与逻辑控制模块的另一个逻辑信号输入端连接，当RS触发器接收到延时后的ZCD短脉冲信号时，RS触发器的Q端输出主开关管导通的控制信号；
逻辑控制模块，用于将RS触发器的Q端的信号输入给主开关管，同时给辅开关管持续导通信号；当输入交流电压当前瞬时值Vin大于0的阶段，PFC变换器中的上开关管S1作为主开关管，PFC变换器中的下开关管S2作为辅开关管；当输入交流电压当前瞬时值Vin小于0的阶段，PFC变换器中的下开关管S2作为主开关管，PFC变换器中的上开关管S1作为辅开关管。
本发明的有益效果，本发明无需对SEPIC型PFC变换器的主电路进行硬件改动，保留了变换器结构简单、工作可靠的优点。为实现SEPIC型PFC变换器的软开关性能，基于SEPIC电路的工作特点，给出软开关工作下的DCM导通时间控制方程，并根据该方程确定开关的导通时间，去对变换器进行控制。本发明变换器中的开关管实现零电压开通(ZVS)，二极管实现零电流关断(ZCS)，变换器的开关损耗有效减小，系统效率显著提升，变换器开关频率得到有效提升，对于中高频航空电源领域，输入电流的THD得到显著降低；根据导通时间控制方程对主开关管进行控制，变换器的功率因数校正功能并没有受到影响，输入侧仍具有较好的功率因数校正效果。
附图说明
图1为实现软开关控制的单开关管SEPIC型PFC变换器在一个开关周期内驱动信号vGS，开关管S两端电压vDS，输入滤波电感L1、储能电感L2的电流分别为iL1、iL2，开关管S的电流iS以及二极管D的电流iD的波形图；
图2为实现软开关控制的单开关管SEPIC型PFC变换器模态3的等效电路；
图3为实现软开关控制的单开关管SEPIC型PFC变换器模态3的复频域模型；
图4为本发明控制方法的原理示意图；
图5为应用于单开关管SEPIC型PFC变换器的软开关控制原理图；
图6为实现软开关控制的双开关管SEPIC型PFC变换器在一个开关周期内驱动信号vGS1、vGS2，开关管两端电压分别为vDS1、vDS2，输入滤波电感L1、储能电感L2的电流分别为iL1、iL2，上下开关管电流分别为iS1、iS2，以及二极管D电流iD的波形图；
图7为应用于双开关管SEPIC型PFC变换器的软开关控制原理图；
图8为400Hz交流输入下采用本发明控制方法或控制装置时的输入电压、电流波形图；
图9为在本发明的控制下单开关管SEPIC型PFC变换器的软开关工作波形；
图10为在本发明的控制下双开关管SEPIC型PFC变换器的软开关工作波形。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本实施方式的一种适用于SEPIC型PFC变换器的软开关控制方法，基于SEPIC型PFC变换器的电路特点与工作过程，推导出其软开关工作模式下的导通时间控制方程，并利用该方程对变换器的主开关管进行控制，实现变换器的功率因数校正功能。
SEPIC型PFC变换器主要可分为单开关管和双开关管两种，本实施方式对这两种SEPIC型PFC变换器的软开关控制方法进行具体说明。
推导过程：以有桥单开关管SEPIC型PFC变换器为例，SEPIC型PFC变换器一个开关周期内的工作波形如图1所示。
从图1可以看出，若实现软开关，SEPIC型PFC变换器有三个工作模态。由于开关频率远大于输入电源频率，因此开关周期内将输入电压视为定值Vin。
模态1(t0～t1)：t0时刻，开关管S导通，输入滤波电感L1、储能电感L2线性充电，电流iL1、iL2线性增加，此时二极管D关断。
模态2(t1～t2)：t1时刻，开关管S关断，输入滤波电感L1、储能电感L2通过二极管D向负载侧传递能量，电流iL1、iL2线性减小，直到t2时刻，输入滤波电感L1、储能电感L2的电流值大小相等，为IL1。
模态3(t2～t3)：t2时刻，二极管D关断，开关管S的结电容CS开始参与工作，开关管S的电流开始反向增大，开关管S两端电压逐渐减小。直到t3时刻，开关管S导通，进入下一个开关周期。
根据上述工作过程可知，不同于现有SEPIC型PFC变换器的工作模态，所提出控制方法下变换器存在结电容CS工作的模态3，该模态中开关管S两端电压开始逐渐减小，为开关管S实现零电压开通(ZVS)创造了条件。由于工作于DCM，因此输出二极管自动实现了零电流关断(ZCS)。
图2和图3给出了变换器模态3的等效电路和复频域模型，由此可以推导出模态3阶段开关管S的电压vDS和电流iS的具体表达式。
Figure BDA0003888864700000071
式中，
Figure BDA0003888864700000072
如图5中单开关管SEPIC型PFC变换器的输入交流电压vin的当前瞬时值为Vin、输出直流电压值为Vdc。
由模态3阶段开关管S电压vDS的表达式可以看出，从t2时刻开始开关管S两端电压开始下降，经过Tr＝π/ωr时间后，vDS的达到最小值VDS_min。为了使得开关管S在下一次开通信号到来之前电压为0，即零电压开通，需保证在模态3阶段vDS下降为0，且在下次开通信号到来前开关管S的反并联二极管一直导通，即满足：
Figure BDA0003888864700000073
从上式可以看出，通过对输入电压的峰值和输出电压的下限进行限制，即可满足全输入电压变化范围内VDS_min<0的设计要求。同时在Tr＝π/ωr的时间范围内，开关管S的电流始终都小于0，因此为了控制方便，将模态3时长固定为Tr，即可实现全输入电压变化范围开关管S的零电压开通。
在此条件下，输入滤波电感L1两端电压满足开关周期内的伏秒平衡，可以得到：
Figure BDA0003888864700000081
式中，Ton为模态1的时长，Tt1-t2为模态2的时长。
基于此，可以得到Tt1-t2与导通时间Ton的关系式。
Figure BDA0003888864700000082
由于模态3时长为Tr，因此t3开通时刻输入滤波电感L1与储能电感L2的电流值相等，经过导通时长Ton，输出二极管电流iD达到峰值ID_max。
Figure BDA0003888864700000083
式中，L12为输入滤波电感L1与储能电感L2的并联电感值，即
Figure BDA0003888864700000084
基于此，可以得到输出二极管开关周期内电流平均值的表达式。
Figure BDA0003888864700000085
根据输入-输出功率守恒，输入电流开关周期平均值Iin可表示为
Figure BDA0003888864700000086
将输入电压Vin＝|vin|代入上式中，即可得到所提出控制方法下输入电流iin的表达式。
Figure BDA0003888864700000087
基于输入电流的表达式，为实现输入侧的单位功率因数，将上式改写为
Figure BDA0003888864700000088
式中，r为输入侧等效电阻。
对上式进行变形，可以得到关于导通时间Ton的一元二次方程。
Figure BDA0003888864700000089
考虑到储能电感L2的电感量为μH级别，开关管结电容的电容量为pF级别，因此根据ωr的定义式可知，1/ωr极小。对关于导通时间Ton的一元二次方程化简得：
Figure BDA0003888864700000091
设
Figure BDA0003888864700000092
对上式变形可得：
Figure BDA0003888864700000093
由此得到了软开关工作条件下SEPIC型PFC变换器的控制方程，可以发现，该方程中仅涉及电压采样，并没有涉及电流的运算，因此控制环路中不需要对输入电流进行采样。其中，Vm可通过输出电压的电压外环得到，ωr可根据电路参数进行确定。本申请的控制原理如图4所示。
本实施方式的适用于单开关管SEPIC型PFC变换器的软开关控制方法，如图5所示，控制方法包括：
对PFC变换器中输入到二极管的电流进行实时过零检测，当检测到ZCD短脉冲信号时，对ZCD短脉冲信号进行延时处理，延时时间为tw，延时后的ZCD短脉冲信号触发PFC变换器中开关管的导通，导通时间为Ton，
Figure BDA0003888864700000094
L2为储能电感的电感值；
导通时间Ton的获取方法：
在PFC变换器开关管的导通时刻，采集PFC变换器的输入交流电压当前瞬时值Vin和输出直流电压值Vdc；对输出直流电压值Vdc进行电压调节，获得恒定电压值Vm：
Figure BDA0003888864700000095
式中，r为PFC变换器输入侧等效电阻，L12为PFC变换器中输入滤波电感与储能电感的并联电感值；
基于当前获得的Vm、|Vin|及导通时间控制方程计算出当前开关周期的导通时间Ton：
Figure BDA0003888864700000096
式中，CS为开关管的等效结电容值。
本实施方式中输出直流电压值Vdc为利用低通滤波器进行二次纹波进行滤除后的。若PFC变换器为有桥电路，|Vin|通过采样整流桥的输出电压信号获得。若PFC变换器为无桥电路，|Vin|通过输入交流电压采样并进行绝对值取值处理获得。
工作原理：对输出直流电压值Vdc进行实时采样，经过低通滤波器与给定值Vdc_ref做差，将误差信号送入PI调节器，得到Vm，同时，采样输入交流电压当前瞬时值的绝对值|vin|，并对输入到二极管的电流进行实时的过零检测(ZCD)，产生的ZCD短脉冲信号用于触发开关管的开通信号。在开关管开通时刻，积分器开始对Vm进行积分，当积分结果VmTon满足软开关控制方程时，触发开关管的关断信号，开关管关断。考虑到ZCD短脉冲信号是在二极管电流将为0的时刻产生，即t2时刻，而根据前面的分析可知，开关管S需要在模态3结束(即t2时刻)后延时Tr的时长后再触发开通，因此需对ZCD短脉冲信号进行延时处理，延时时间tw＝Tr＝π/ωr。积分器为复位积分器，复位信号为上升沿触发，即在ZCD短脉冲延时信号来临时对积分器进行复位操作。
以无桥图腾柱式双开关管SEPIC型PFC变换器为例，根据图腾柱式电路工作特点可知，当输入电压vin大于0时，S1为主开关管，用于实现PFC功能，而S2为辅开关管，用于形成闭合回路；当输入电压vin小于0时，S2为主开关管，用于实现PFC功能；S1为辅开关管，用于形成闭合回路。同时在输入电压大于0和小于0的工作区间内，电路的工作过程完全相同，以输入电压大于0的工作区间为例进行说明。
在所提出软开关控制方法下双开关管SEPIC型PFC变换器一个开关周期内的工作波形如图6所示。由于输入电压大于0，因此S1为主开关管，而S2为辅开关管。从图6可以看出，开关管S1的工作波形与前面的单开关管SEPIC型PFC变换器的开关管S的工作波形基本相同，开关管S2仅起到为电流提供通路的作用。因此针对双开关管SEPIC型PFC变换器，采用与单开关管电路相同的软开关控制方程，产生控制信号的过程与前面所述的单开关管电路相同。然而，该控制信号不能直接作用于两个开关管，需要经过逻辑控制环节。逻辑控制环节根据输入电压的正负区间判定信号，确定两个开关管中哪一个为主开关管。
原理如图7所示，双开关管SEPIC型PFC变换器的软开关控制方法具体包括：
当输入交流电压当前瞬时值Vin大于0阶段，PFC变换器中上开关管S1作为主开关管，PFC变换器中下开关管S2作为辅开关管；
当输入交流电压当前瞬时值Vin小于0阶段，PFC变换器中下开关管S2作为主开关管，PFC变换器中上开关管S1作为辅开关管；
在控制的过程中，给辅开关管持续导通信号，主开关管的控制方法包括：
对PFC变换器中输入到二极管的电流进行实时的过零检测，当检测到ZCD短脉冲信号时，对ZCD短脉冲信号进行延时处理，延时时间为tw，延时后的ZCD短脉冲信号触发PFC变换器中主开关管的导通，导通时间为Ton，
Figure BDA0003888864700000111
L2为储能电感的电感值；
导通时间Ton的获取方法：
在PFC变换器主开关管的导通时刻，采集PFC变换器的输入交流电压当前瞬时值Vin和输出直流电压值Vdc；
对输出直流电压值Vdc进行电压调节，获得恒定电压值Vm：
Figure BDA0003888864700000112
式中，r为PFC变换器输入侧等效电阻，L12为PFC变换器中输入滤波电感与储能电感的并联电感值；基于当前获得的Vm、|Vin|及导通时间控制方程计算出当前开关周期的导通时间Ton：
Figure BDA0003888864700000113
式中，CS为开关管的等效结电容值。
此外，由于双开关管SEPIC型PFC变换器一般为无桥电路，因此输入交流电压绝对值信号|vin|需要经过绝对值变换取值环节，该环节可通过绝对值电路或者在软件编程中实现。
本实施方式还提供一种适用于单开关管SEPIC型PFC变换器的软开关控制装置，如图5所示，包括：
信号检测装置，同时与电压调节器、延时器和计算模块连接，用于对PFC变换器的输入交流电压当前瞬时值Vin、输出直流电压值Vdc进行实时采集，并对PFC变换器中输入到二极管的电流进行实时过零检测，当检测到ZCD短脉冲信号时，将ZCD短脉冲信号发送给延时器，同时将当前采集的输出直流电压值Vdc同时发送给电压调节器和计算模块，以及将当前采集的输入交流电压当前瞬时值Vin发送给计算模块；
原理如图5所示，信号采集装置采用采样放大电路、ZCD过零检测电路、单稳态触发器、低通滤波器实现。
电压调节器，用于对输出直流电压值Vdc进行电压调节，获得恒定电压值Vm，并将Vm同时发送给积分器和计算模块；
Figure BDA0003888864700000121
式中，r为PFC变换器输入侧等效电阻，L12为PFC变换器中输入滤波电感与储能电感的并联电感值；
本实施方式中，电压调节器可通过减法器和PI控制器获得，将输出直流电压值Vdc与给定值Vdc_ref做差，将误差信号送入PI调节器，得到恒定电压值Vm。
积分器，同时与比较器和延时器连接，用于对恒定电压值Vm进行积分运算，积分运算后的值输入到比较器的正输入端；同时当检测到延时后的ZCD短脉冲信号的上升沿时刻，进行复位操作；
计算模块，与比较器连接，用于根据恒定电压值Vm、输出直流电压值Vdc和输入交流电压当前瞬时值Vin，计算出积分器输出所需满足的电压积分值，输入给比较器的反输入端；
Figure BDA0003888864700000122
Ton表示导通时间，
Figure BDA0003888864700000123
L2为储能电感的电感值；
比较器的输出端与RS触发器的R端连接，当积分器输出值达到计算模块的电压积分值时，开关管关断；
延时器，用于当接收到ZCD短脉冲信号，对ZCD短脉冲信号进行延时处理，延时时间为tw，
Figure BDA0003888864700000124
将延时后的ZCD短脉冲信号同时发送给RS触发器的S端和积分器；
RS触发器的Q端用于输出PFC变换器中开关管的门极驱动信号，当RS触发器接收到延时后的ZCD短脉冲信号时，RS触发器的Q端输出开关管导通的控制信号。
原理如图7所示，适用于双开关管SEPIC型PFC变换器的软开关控制装置，包括：
信号检测装置，同时与电压调节器、延时器、计算模块、区间逻辑判定模块连接，用于对PFC变换器的输入交流电压当前瞬时值Vin、输出直流电压值Vdc进行实时采集，并对PFC变换器中输入到二极管的电流进行实时过零检测，将实时采集的输入交流电压瞬时值Vin发送给区间逻辑判定模块；当检测到ZCD短脉冲信号时，将ZCD短脉冲信号发送给延时器，同时将当前采集的输出直流电压值Vdc同时发送给电压调节器和计算模块，以及将当前采集的输入交流电压当前瞬时值Vin发送给计算模块；
原理如图7所示，信号采集装置采用采样放大电路、绝对值取值电路、ZCD过零检测电路、单稳态触发器、低通滤波器实现。
电压调节器，用于对输出直流电压值Vdc进行电压调节，获得恒定电压值Vm，并将Vm同时发送给积分器和计算模块；
Figure BDA0003888864700000131
式中，r为PFC变换器输入侧等效电阻，L12为PFC变换器中输入滤波电感与储能电感的并联电感值；
本实施方式中，电压调节器可通过减法器和PI控制器获得，将输出直流电压值Vdc与给定值Vdc_ref做差，将误差信号送入PI调节器，得到恒定电压值Vm。
积分器，同时与比较器和延时器连接，用于对恒定电压值Vm进行积分运算，积分运算后的值输入到比较器的正输入端；同时当检测到延时后的ZCD短脉冲信号的上升沿时刻，进行复位操作；
计算模块，与比较器连接，用于根据恒定电压值Vm、输出直流电压值Vdc和输入交流电压当前瞬时值Vin，计算出积分器输出所需满足的电压积分值，输入给比较器的反输入端；
Figure BDA0003888864700000132
Ton表示导通时间，
Figure BDA0003888864700000133
L2为储能电感的电感值；
比较器的输出端与RS触发器的R端连接，当积分器输出值达到计算模块的电压积分值时，开关管关断；
延时器，用于当接收到ZCD短脉冲信号，对ZCD短脉冲信号进行延时处理，延时时间为tw，
Figure BDA0003888864700000134
将延时后的ZCD短脉冲信号同时发送给RS触发器的S端和积分器；
区间逻辑判定模块，与逻辑控制模块连接，用于判断输入交流电压当前瞬时值Vin的正负阶段，获得逻辑信号，所述逻辑信号用于表示输入交流电压当前瞬时值Vin大于0或小于0，将逻辑信号输入至逻辑控制模块的一个逻辑信号输入端；
RS触发器的Q端与逻辑控制模块的另一个逻辑信号输入端连接，当RS触发器接收到延时后的ZCD短脉冲信号时，RS触发器的Q端输出主开关管导通的控制信号；
逻辑控制模块，用于将RS触发器的Q端的信号输入给主开关管，同时给辅开关管持续导通信号；当输入交流电压当前瞬时值Vin大于0的阶段，PFC变换器中的上开关管S1作为主开关管，PFC变换器中的下开关管S2作为辅开关管；当输入交流电压当前瞬时值Vin小于0的阶段，PFC变换器中的下开关管S2作为主开关管，PFC变换器中的上开关管S1作为辅开关管。
基于本实施方式的软开关控制方法及控制装置，400Hz交流输入电压下SEPIC型PFC变换器的功率因数校正情况如图8所示，从仿真结果可以看出，该控制方法控制下变换器输入电流呈正弦波，且能够实时跟踪输入电压波形，具有良好的功率因数校正效果。
单开关管SEPIC型PFC变换器的软开关实现情况如图9所示，可以看到，在输入电压较小和峰值处，开关管S均实现了零电压开通。双开关管SEPIC型PFC变换器的软开关实现情况如图10所示，可以看到，在输入电压大于0阶段，S1为主开关管，在输入电压较小和峰值处均实现了零电压开通，而该阶段S2持续导通，其两端电压一直为0；在输入电压小于0阶段，S2为主开关管，在输入电压较小和峰值处均实现了零电压开通，而该阶段S1持续导通，其两端电压一直为0。
本实施方式还适用于可单相控制的三相SEPIC型PFC变换器，例如组合式SEPIC型三相PFC变换器。对每相的控制方法可根据电路为单开关管或双开关管进行选择。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (10)

1.适用于SEPIC型PFC变换器的软开关控制方法，其特征在于，所述PFC变换器为单开关管PFC变换器，所述方法包括：
对PFC变换器中输入到二极管的电流进行实时过零检测，当检测到ZCD短脉冲信号时，对ZCD短脉冲信号进行延时处理，延时时间为tw，延时后的ZCD短脉冲信号触发PFC变换器中开关管的导通，导通时间为Ton，
Figure FDA0003888864690000011
L2为储能电感的电感值；
导通时间Ton的获取方法：
在PFC变换器开关管的导通时刻，采集PFC变换器的输入交流电压当前瞬时值Vin和输出直流电压值Vdc；
对输出直流电压值Vdc进行电压调节，获得恒定电压值Vm：
Figure FDA0003888864690000012
式中，r为PFC变换器输入侧等效电阻，L12为PFC变换器中输入滤波电感与储能电感的并联电感值；
基于当前获得的Vm、|Vin|计算出当前开关周期的导通时间Ton：
Figure FDA0003888864690000013
式中，CS为开关管的等效结电容值。
2.适用于SEPIC型PFC变换器的软开关控制方法，其特征在于，所述PFC变换器为双开关管PFC变换器，所述方法包括：
当输入交流电压当前瞬时值Vin大于0阶段，PFC变换器中上开关管S1作为主开关管，PFC变换器中下开关管S2作为辅开关管；
当输入交流电压当前瞬时值Vin小于0阶段，PFC变换器中下开关管S2作为主开关管，PFC变换器中上开关管S1作为辅开关管；
在控制的过程中，给辅开关管持续导通信号，主开关管的控制方法包括：
对PFC变换器中输入到二极管的电流进行实时的过零检测，当检测到ZCD短脉冲信号时，对ZCD短脉冲信号进行延时处理，延时时间为tw，延时后的ZCD短脉冲信号触发PFC变换器中主开关管的导通，导通时间为Ton，
Figure FDA0003888864690000014
L2为储能电感的电感值；
导通时间Ton的获取方法：
在PFC变换器主开关管的导通时刻，采集PFC变换器的输入交流电压当前瞬时值Vin和输出直流电压值Vdc；
对输出直流电压值Vdc进行电压调节，获得恒定电压值Vm：
Figure FDA0003888864690000021
式中，r为PFC变换器输入侧等效电阻，L12为PFC变换器中输入滤波电感与储能电感的并联电感值；
基于当前获得的Vm、|Vin|计算出当前开关周期的导通时间Ton：
Figure FDA0003888864690000022
式中，CS为开关管的等效结电容值。
3.根据权利要求1或2所述的适用于SEPIC型PFC变换器的软开关控制方法，其特征在于，所述输出直流电压值Vdc为利用低通滤波器进行二次纹波进行滤除后的。
4.根据权利要求1所述的适用于SEPIC型PFC变换器的软开关控制方法，其特征在于，所述PFC变换器为有桥电路，|Vin|通过采样整流桥的输出电压信号获得。
5.根据权利要求2所述的适用于SEPIC型PFC变换器的软开关控制方法，其特征在于，所述PFC变换器为无桥电路，|Vin|通过输入交流电压采样并进行绝对值取值处理获得。
6.适用于SEPIC型PFC变换器的软开关控制装置，其特征在于，所述PFC变换器为单开关管PFC变换器，所述装置包括：
信号检测装置，同时与电压调节器、延时器和计算模块连接，用于对PFC变换器的输入交流电压当前瞬时值Vin、输出直流电压值Vdc进行实时采集，并对PFC变换器中输入到二极管的电流进行实时过零检测，当检测到ZCD短脉冲信号时，将ZCD短脉冲信号发送给延时器，同时将当前采集的输出直流电压值Vdc同时发送给电压调节器和计算模块，以及将当前采集的输入交流电压当前瞬时值Vin发送给计算模块；
电压调节器，用于对输出直流电压值Vdc进行电压调节，获得恒定电压值Vm，并将Vm同时发送给积分器和计算模块；
Figure FDA0003888864690000031
式中，r为PFC变换器输入侧等效电阻，L12为PFC变换器中输入滤波电感与储能电感的并联电感值；
积分器，同时与比较器和延时器连接，用于对恒定电压值Vm进行积分运算，积分运算后的值输入到比较器的正输入端；同时当检测到延时后的ZCD短脉冲信号的上升沿时刻，进行复位操作；
计算模块，与比较器连接，用于根据恒定电压值Vm、输出直流电压值Vdc和输入交流电压当前瞬时值Vin，计算出积分器输出所需满足的电压积分值，输入给比较器的反输入端；
Figure FDA0003888864690000032
Ton表示导通时间，
Figure FDA0003888864690000033
L2为储能电感的电感值；
比较器的输出端与RS触发器的R端连接，当积分器输出值达到计算模块的电压积分值时，开关管关断；
延时器，用于当接收到ZCD短脉冲信号，对ZCD短脉冲信号进行延时处理，延时时间为tw，
Figure FDA0003888864690000034
将延时后的ZCD短脉冲信号同时发送给RS触发器的S端和积分器；
RS触发器的Q端用于输出PFC变换器中开关管的门极驱动信号，当RS触发器接收到延时后的ZCD短脉冲信号时，RS触发器的Q端输出开关管导通的控制信号。
7.适用于SEPIC型PFC变换器的软开关控制装置，其特征在于，所述PFC变换器为双开关管PFC变换器，所述装置包括：
信号检测装置，同时与电压调节器、延时器、计算模块、区间逻辑判定模块连接，用于对PFC变换器的输入交流电压当前瞬时值Vin、输出直流电压值Vdc进行实时采集，并对PFC变换器中输入到二极管的电流进行实时过零检测，将实时采集的输入交流电压瞬时值Vin发送给区间逻辑判定模块；当检测到ZCD短脉冲信号时，将ZCD短脉冲信号发送给延时器，同时将当前采集的输出直流电压值Vdc同时发送给电压调节器和计算模块，以及将当前采集的输入交流电压当前瞬时值Vin发送给计算模块；
电压调节器，用于对输出直流电压值Vdc进行电压调节，获得恒定电压值Vm，并将Vm同时发送给积分器和计算模块；
Figure FDA0003888864690000041
式中，r为PFC变换器输入侧等效电阻，L12为PFC变换器中输入滤波电感与储能电感的并联电感值；
积分器，同时与比较器和延时器连接，用于对恒定电压值Vm进行积分运算，积分运算后的值输入到比较器的正输入端；同时当检测到延时后的ZCD短脉冲信号的上升沿时刻，进行复位操作；
计算模块，与比较器连接，用于根据恒定电压值Vm、输出直流电压值Vdc和输入交流电压当前瞬时值Vin，计算出积分器输出所需满足的电压积分值，输入给比较器的反输入端；
Figure FDA0003888864690000042
Ton表示导通时间，
Figure FDA0003888864690000043
L2为储能电感的电感值；
比较器的输出端与RS触发器的R端连接，当积分器输出值达到计算模块的电压积分值时，开关管关断；
延时器，用于当接收到ZCD短脉冲信号，对ZCD短脉冲信号进行延时处理，延时时间为tw，
Figure FDA0003888864690000044
将延时后的ZCD短脉冲信号同时发送给RS触发器的S端和积分器；
区间逻辑判定模块，与逻辑控制模块连接，用于判断输入交流电压当前瞬时值Vin的正负阶段，获得逻辑信号，所述逻辑信号用于表示输入交流电压当前瞬时值Vin大于0或小于0，将逻辑信号输入至逻辑控制模块的一个逻辑信号输入端；
RS触发器的Q端与逻辑控制模块的另一个逻辑信号输入端连接，当RS触发器接收到延时后的ZCD短脉冲信号时，RS触发器的Q端输出主开关管导通的控制信号；
逻辑控制模块，用于将RS触发器的Q端的信号输入给主开关管，同时给辅开关管持续导通信号；当输入交流电压当前瞬时值Vin大于0的阶段，PFC变换器中的上开关管S1作为主开关管，PFC变换器中的下开关管S2作为辅开关管；当输入交流电压当前瞬时值Vin小于0的阶段，PFC变换器中的下开关管S2作为主开关管，PFC变换器中的上开关管S1作为辅开关管。
8.根据权利要求6或7所述的适用于SEPIC型PFC变换器的软开关控制装置，其特征在于，所述信号检测装置发送的输出直流电压值Vdc为利用低通滤波器进行二次纹波进行滤除后的。
9.根据权利要求6所述的适用于SEPIC型PFC变换器的软开关控制装置，其特征在于，所述PFC变换器为有桥电路，|Vin|通过采样整流桥的输出电压信号获得。
10.根据权利要求7所述的适用于SEPIC型PFC变换器的软开关控制装置，其特征在于，所述PFC变换器为无桥电路，|Vin|通过输入交流电压采样并进行绝对值取值处理获得。
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