CN207039448U - 一种针对宽工作频率范围交错pfc的数字控制调整电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种针对宽工作频率范围交错PFC的数字控制调整电路，该数字控制调整电路主要针对宽工作频率范围输入的数字交错PFC进行调整，其主要结构包括：采样模块1、自动调整器2、电流控制器3、乘法器4、PWM发生器5和电压控制器6。该数字控制调整电路主要在控制环路中的采样模块1和乘法器4之间增加了自动调整器2。该自动调整器2根据输入电压的频率，能进行输入电压频率和误差的判断，并根据输入电压的工作频率自动调整加权平均参数，实现电流控制信号的实时调整，从而实现宽工作频率范围下交错PFC的高功率因数校正和保护。

Description

一种针对宽工作频率范围交错PFC的数字控制调整电路
技术领域
本实用新型涉及电力电子技术领域，具体涉及一种针对宽工作频率范围交错PFC的数字控制调整电路。
背景技术
交错PFC在中高功率设备的功率因数校正领域应用广泛，在相同功率下，相较于其他PFC拓扑，交错PFC具有性能优越、提高模块的功率密度等优点。随着电力电子技术的发展，开关电源正朝着高效率、高功率密度的方向前进，因此采用数字控制技术的交错PFC模块受到了越来越多的关注。由于数字技术的应用，更多以往传统电力电子领域难以解决的问题可以轻易解决。
传统的模拟芯片控制的交错PFC，通常工作于工频输入电压之下，频率变化范围小，可以较好的满足需求。但在航空航天领域，通常需要PFC模块可以工作于360Hz到800Hz的宽频率输入范围内，此时在输入电压的滤波保护和系统的高功率因数实现上存在着矛盾。采用数字控制调整方式的交错PFC能在算法有效解决宽频率范围的问题，具有良好的应用前景。
实用新型内容
为了克服现有PFC控制环节在宽频率范围调整的不足，结合数字控制的优点与灵活性，本实用新型提出一种针对宽工作频率范围交错PFC的数字控制调整电路。本实用新型基本原理是在宽工作频率范围输入的交错PFC模块数字控制中，克服固定的加权平均算法过滤电压尖峰时存在的保护作用与性能之间无法平衡问题，在数字控制部分中的采样模块1和乘法器4之间加入自动调整器2，从而动态调整加权平均算法来实现宽频率范围的数字控制调整。
本实用新型的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种针对宽工作频率范围交错PFC的数字控制调整电路，所述数字控制调整电路包括采样模块1、自动调整器2、电流控制器3、乘法器4、PWM发生器5和电压控制器6。
采样模块1主要对主电路的输入电压、输入电流及输出电压进行采样转换，将其从模拟信号转换为数字信号送入其它模块处理。自动调整器2可根据输入电压的频率计算和调整参数，参数送入乘法器4。电流控制器3将输入电流与电流参考信号进行比较，以实现调整控制输入电流的目的。乘法器4将自动调整器2和电压控制器6的输出相乘得到电流控制器3的基准信号。电压控制器6将输出电压与设定参考电压比较，以达到控制输出电压的目的。
输入电压平均信号和电压控制器输出信号进入乘法器4后得到电流控制器的基准信号，输入电流采样信号与其比较后通过电流控制器3可以得到电流控制器输出信号。
PWM发生器5将电流控制器的输出转换成交错PFC拓扑所需的驱动控制信号。
为了适应在宽工作频率范围输入下的功率因数校正，采用自动调整器2对其调整。图2为本实用新型采用的自动调整器2的内部结构图。其具体工作过程如下：
S1、初始化工作，采样模块1工作获取到输入电压采样信号，可获取输入电压频率。
S2、判断输入电压的频率与上次计算的输入电压频率误差是否在设定的误差范围内。
S3、输入频率误差设定范围内，视为频率恒定，自动调整器模块输出不变。若频率变化超过设定范围，则计算出新的加权参数，并将参数更新为新的加权平均参数。
S4、输入电流信号通过采样模块1之后得到输入电流采样信号，与电流基准信号比较后得到误差信号，通过电流控制器3后得到电流控制输出信号。电流控制输出信号送入PWM发生器5中，生成交错PFC所需的驱动控制信号。
自动调整器2中的参数可通过加权平均获得
Yn＝aXn+bXn-1+cXn-2+dYn-1+eYn-2 (1)
其中Xn表示当前输入电压的采样值，Xn-1表示上一拍采样时输入电压的采样值，Xn-2表示上两拍采样时输入电压的采样值，Yn-2表示上两拍平均计算值，Yn-1表示上一拍平均计算值，Yn表示此次平均计算值。参数a，b，c，d和e可结合工作频率及采用时间来设定。
自动调整器可以将输入电压中的高频尖峰平均化，减少对电路的冲击。但在宽频率范围输入时，若电流控制器参数选择过大，则无法滤去高频尖峰；若参数选择过小，则在输入频率较高时，输入电流会发生畸变，无法达到好的控制效果。在本实用新型中，将加权参数与输入频率联系起来，根据输入频率的不同调整参数，达到动态调节的效果，达到提高电路性能的目的。
本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1、本实用新型采用数字控制技术实现，根据输入电压频率自动调整其加权平均算法，改善了宽工作频率范围交错PFC的功率因数和保护性能，提高了交错PFC对宽工作频率的适应性。
2、本实用新型公开的数字控制调整电路易于修改参数，节省了空间，降低了成本。
附图说明
图1是本实用新型采用的数字控制调整电路结构图；
图2是本实用新型采用的自动调整器内部结构图；
图3是实施例中的交错PFC的主功率模块和数字控制模块结构图；
图4是实施例中的数字控制调整电路结构图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例一
本实施例公开了一种针对宽工作频率范围交错PFC的数字控制调整电路，其特征在于，所述数字控制调整电路包括：采样模块1、自动调整器2、电流控制器3、乘法器4、PWM发生器5和电压控制器6。
输入电压、输入电流、输出电压模拟信号输入所述采样模块1之后经采样分别转换成输入电压、输入电流、输出电压数字采样信号，其中，输入电压数字采样信号输入所述自动调整器2后得到输入电压平均信号，输出电压数字采样信号经过所述电压控制器6得到电压控制器输出信号，输入电压平均信号和电压控制器输出信号输入所述乘法器4后得到电流控制器的基准信号，输入电流采样信号与基准信号输入所述电流控制器3比较后得到电流控制器输出信号，送入所述PWM发生器5后得到交错PFC拓扑所需的控制信号。
其中，自动调整器2位于采样模块1与乘法器4之间，包括输入频率计算、频率判断、参数调整和更新参数等功能。
自动调整器2可以根据采样模块获取的输入电压获取其频率特征。
自动调整器2中判断环节的工作参数可自由设定，便于实时系统性能。
自动调整器2的输出可采用加权平均获得
Yn＝aXn+bXn-1+cXn-2+dYn-1+eYn-2 (2)
其中Xn表示当前输入电压的采样值，Xn-1表示上一拍采样时输入电压的采样值，Xn-2表示上两拍采样时输入电压的采样值，Yn-2表示上两拍平均计算值，Yn-1表示上一拍平均计算值，Yn表示此次平均计算值。参数a，b，c，d和e可结合工作频率及采用时间来设定。
实施例二
如图4所示，数字控制调整电路的结构主要包括采样模块1、自动调整器2、电流控制器3、乘法器4、PWM发生器5及电压控制器6等主要组成部分。
本数字控制调整电路应用于如图3中的交错PFC电路中，其基本技术规格如下：输入电压范围为85-265V，输入电压频率范围为360-800Hz，输出功率为1000W，输出电压为390V，开关频率为130KHz。主功率模块基本参数为：电感感量L1＝L2＝100μH，电容容量C＝1000μF，电阻阻值R＝150Ω。
电路的基本工作过程如下：
首先，交错PFC主功率电路开始工作，通过电压和电流传感器可以得到初始的输入电压、输出电压以及输入电流信号。
如图4所示，初始的输入电压Vin、输出电压Vout以及输入电流Iin送入采样模块1中，将这些模拟信号经A/D模块转换成数字信号和
如图4所示，采样得到的数字信号送入自动调整器2中，由自动调整器对其进行平均化处理去除高频尖峰，自动调整器2工作的基本流程如图4所示。
1)得到采样后的输入电压之后，在自动调整器2中计算输入电压频率。
2)得到此采样周期的输入电压频率之后，在自动调整器2中判断此次输入电压频率与上次计算所得的输入电压频率误差是否设定的误差范围内。
3)如果误差在设定的误差范围内，视为频率未变化，保持其加权参数不变。
4)若误差超出设定的误差范围，自动调整器2需计算新的参数来更新加权平均输出。
5)加权平均对采样后的输入电压信号进行加权平均化处理。
加权平均处理后的平均输入信号Vt送入乘法器4中，与电压控制器6的输出信号Vea相乘，得到电流环基准信号Vm。其中电压控制器的输出信号Vea由输出电压信号Vout与电压环反馈信号的误差计算处理得到，主要控制输出电压的稳定。
得到的电流环基准信号Vm为正弦波信号，采样得到的输入电流信号与其误差送入电流控制器3后得到电流控制器输出Vca。
电流控制器3的输出Vca送入PWM发生器5中，与两路相位相差180的三角波比较，得到两路交错的PWM控制信号，分别控制交错PFC的两个开关管，实现功率因数校正。若电流控制器输出Vca增大，则占空比减小；若电流控制器输出Vca减小，则占空比增大。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种针对宽工作频率范围交错PFC的数字控制调整电路，其特征在于，所述数字控制调整电路包括：采样模块(1)、自动调整器(2)、电流控制器(3)、乘法器(4)、PWM发生器(5)和电压控制器(6)；
输入电压、输入电流、输出电压模拟信号输入到所述采样模块(1)之后经采样分别转换成输入电压、输入电流、输出电压数字采样信号，其中，输入电压数字采样信号输入到所述自动调整器(2)后得到输入电压平均信号，输出电压数字采样信号输入到所述电压控制器(6)后得到电压控制器输出信号，输入电压平均信号和电压控制器输出信号输入所述乘法器(4)后得到电流控制器的基准信号，输入电流采样信号与基准信号输入到所述电流控制器(3)经比较后得到电流控制器输出信号，送入所述PWM发生器(5)后得到交错PFC拓扑所需的控制信号。
2.根据权利要求1所述的一种针对宽工作频率范围交错PFC的数字控制调整电路，其特征在于，所述自动调整器(2)分别与所述采样模块(1)的输出端与所述乘法器(4)的输入端相连。
3.根据权利要求1所述的一种针对宽工作频率范围交错PFC的数字控制调整电路，其特征在于，所述自动调整器(2)实现输入频率计算、频率判断、参数调整和更新参数的功能。
4.根据权利要求1所述的一种针对宽工作频率范围交错PFC的数字控制调整电路，其特征在于，所述自动调整器(2)根据所述采样模块(1)获取的输入电压获取其频率特征。
5.根据权利要求1所述的一种针对宽工作频率范围交错PFC的数字控制调整电路，其特征在于，所述自动调整器(2)中判断环节的工作参数可自由设定，其参数的选择与工作输入频率和采样时间相关。
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