CN207612193U - Boost-PFC电路的控制装置和变频设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了一种Boost‑PFC电路的控制装置和变频设备，其中，Boost‑PFC电路的控制装置包括：输入电流采样模块，用于采集并输出Boost‑PFC电路的输入电流；输入电压采样模块，用于采集并输出Boost‑PFC电路的输入电压；输出电压采样模块，用于采集并输出Boost‑PFC电路的输出电压；控制模块，用于根据输入电流、输入电压和输出电压计算IGBT的开关周期的载波频率和占空比。本实用新型通过实时调整IGBT的开关周期的载波频率和占空比，降低输入电流的谐波畸变率的同时，减少功率器件开关次数，有效降低发热量，提高电路耐久性，降低产品成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及空调器技术领域，具体而言，涉及一种Boost-PFC电路的控制装置和变频设备。
背景技术
随着国家对用电设备能源利用和效率的要求越来越高，基于Boost-PFC 的功率因素校正电路，由于其高效、简单以及可以提升输出电压的特点被广泛应用于各种变频设备中，如变频空调、水泵、风机。图1(a)和图1 (b)示出了相关技术中Boost-PFC电路的工作原理示意图，如图1(a)所示，当开关管(IGBT)RDS导通时，输入电源V1向电感L充电存储能量，如图1(b)所示，当开关管(IGBT)RDS关断时，电感L通过二极管放电，电容器C吸收能量，电压升高。目前的Boost-PFC功率因素校正电路一般采用恒定载波频率的控制方法，即通过测量系统的电流和电压，经过功率因素校正算法和实际电路模型计算得到总占空比参考值，再经过载波频率换算得到实际的IGBT(Insulated Gate Bipolar Translator，绝缘栅门极晶体管)开关时间。但由于整个工作过程都是用相同的载波频率，在系统的动态特性与功率器件的发热量之间很难取舍：一方面，提高载波频率缩短了 PFC(Power Factor Correction)的调节周期，有利于降低输入电流的谐波畸变率，降低输入电流纹波，但载波频率越高，一个输入电源周期内IGBT 和FRD(Fast Recovery Diode，快速恢复二极管)的开关次数越多，IGBT 及FRD在不断高速开关过程中会产生大量热量，通常需要选用容量更大的功率器件和增加更多的散热设计，使产品成本上升，尤其是在系统工作在重负荷时，电感工作在连续电流模式下，IGBT、FRD关断过程将会变长；另一方面，降低载波频率有利于减少IGBT及FRD的发热，但在正弦波输入电压的波峰阶段，调节周期过长会导致系统动态特性变差，电感、IGBT 出现尖峰电流，导致输入电流波形畸变，谐波测试不达标。
因此，如何减少现有固定占空比PFC电路的开关管发热严重的现象成为亟待解决的问题。
实用新型内容
本实用新型旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
为此，本实用新型第一个方面在于提出一种Boost-PFC电路的控制装置。
本实用新型的第二个方面在于提出一种变频设备。
有鉴于此，根据本实用新型的一个方面，提出了一种Boost-PFC电路的控制装置，Boost-PFC电路包括依次连接的输入整流模块、升压模块、输出滤波模块，升压模块包括IGBT，控制装置包括：输入电流采样模块，输入电流采样模块的输入端与输入整流模块的输出端相连接，用于采集并输出Boost-PFC电路的输入电流；输入电压采样模块，输入电压采样模块的输入端与输入整流模块的输出端相连接，用于采集并输出Boost-PFC电路的输入电压；输出电压采样模块，输出电压采样模块的输入端与输出滤波模块的输出端相连接，用于采集并输出Boost-PFC电路的输出电压；控制模块，控制模块与输入整流模块、输出滤波模块相连接，用于根据输入电流、输入电压和输出电压计算IGBT的开关周期的载波频率和占空比。
本实用新型提供的Boost-PFC电路的控制装置，输入电流采样模块采集 Boost-PFC电路的输入电流、输入电压采样模块采集Boost-PFC电路的输入电压、输出电压采样模块采集Boost-PFC电路的输出电压并分别发送给控制模块，控制模块进而根据Boost-PFC电路的输入电流、输入电压和输出电压计算Boost-PFC电路中IGBT的开关周期的载波频率和占空比。本实用新型根据Boost-PFC电路中输入电压、输入电流以及电路的输出电压计算IGBT的开关周期的载波频率和占空比，进而控制IGBT的开关，实现 IGBT的开通、关闭可以根据Boost-PFC电路的输入输出状态实时调整，优选地，交流正弦波输入电压经过全波整流后，变成单向半幅正弦输入电压，当正弦输入电压为波谷时，输入电压低，此时即使开通、关闭IGBT，电感电流上升和下降都不明显，适当降低载波频率，不会对输入电流纹波造成明显影响，因此在保证谐波畸变率的情况下，适当降低载波频率，延长IGBT 开关周期；当正弦输入电压为波峰时，输入电压高，如果开通IGBT，电感电流有明显的冲击，如果关闭IGBT，电流会快速下降，降低载波频率会导致输入电流纹波的及谐波畸变度有明显的变化，因此可以提高载波频率，缩短IGBT开关周期，保证电流正弦度；在正弦输入电压一个周期内，根据不同的电压相位调整IGBT的开关周期的载波频率和占空比，解决了传统Boost-PFC电路由于整个工作过程都是用相同的载波频率导致在系统的动态特性与功率器件的发热量之间难以取舍的问题，通过实时调整IGBT 的开关周期的载波频率和占空比，降低输入电流的谐波畸变率的同时，减少功率器件开关次数，有效降低发热量，提高电路耐久性，降低产品成本。
根据本实用新型的上述Boost-PFC电路的控制装置，还可以具有以下技术特征：
在上述技术方案中，优选地，控制模块包括：电压调节模块，电压调节模块的第一输入端与输出电压采样模块的输出端相连接，电压调节模块的第二输入端与基准电压设定模块相连接，电压调节模块用于根据Boost-PFC电路的输出电压和基准电压设定模块设定的基准电压确定并输出电压指令值；电流调节模块，电流调节模块的第一输入端与输入电流采样模块的输出端相连接，电流调节模块的第二输入端与输入电压采样模块的输出端相连接，电流调节模块用于根据Boost-PFC电路的输入电流和Boost-PFC电路的输入电压确定并输出电流指令值；载波频率调节模块，载波频率调节模块的第一输入端与输入电压采样模块的输出端相连接，载波频率调节模块的第二输入端与基准频率设定模块相连接，载波频率调节模块用于根据Boost-PFC电路的输入电压和基准频率设定模块设定的基准频率确定并输出载波频率；功率因数校正模块，功率因数校正模块的第一输入端与电压调节模块的输出端相连接，功率因数校正模块的第二输入端与电流调节模块的输出端相连接，功率因数校正模块的第三输入端与载波频率调节模块的输出端相连接，功率因数校正模块用于根据电压指令值、电流指令值、载波频率确定占空比。
在该技术方案中，电压调节模块根据Boost-PFC电路的输出电压和基准电压的偏差确定电压指令值，并发送给控制功率因数校正电路，电流调节模块根据Boost-PFC电路的输入电流和Boost-PFC电路的输入电压的偏差确定电流指令值，并发送给控制功率因数校正电路，载波频率调节模块根据Boost-PFC电路的输入电压和设定的基准频率的偏差确定载波频率，并发送给控制功率因数校正电路，功率因数校正电路根据电压指令值、电流指令与载波频率的关系，计算IGBT占空比，进而调节Boost-PFC电路输入电流，使得Boost-PFC电路输出电压稳定在目标值，Boost-PFC电路输入电流相位跟随输出电流相位，完成功率因数调节。
在上述任一技术方案中，优选地，输入整流模块包括：桥式整流器；桥式整流器的两个输入端分别与交流输入电源的两个输出端相连接，用于将交流输入电源输入Boost-PFC电路的电流、电压进行整流。
在该技术方案中，交流输入电源的交流正弦波输入电压经过桥式整流器进行全波整流后，变成单向半幅正弦输入电压，实现对Boost-PFC电路中储能电感存储能量。
在上述任一技术方案中，优选地，升压模块包括：IGBT；电感，电感的一端与IGBT的源极相连接，电感的另一端与桥式整流器的正输出端相连接；快速恢复二极管，快速恢复二极管的阳极与IGBT的源极相连接，快速恢复二极管的阴极与负载的正极相连接。
在该技术方案中，由于电感两端与IGBT的源极和桥式整流器的正输出端相连接，当IGBT开通时，桥式整流器输出电流，电感充电存储能量，进而当IGBT关断时，电感通过快速恢复二极管放电，实现储能升压，同时，电感可以抑制电磁干扰和射频干扰，电流波形失真小。
在上述任一技术方案中，优选地，输出滤波模块包括：滤波电容；滤波电容与负载并联。
在该技术方案中，当IGBT关断时，电感通过快速恢复二极管放电，电容器吸收能量，两端电压升高并高于交流输入电源电压，实现升压，同时，通过快速恢复二极管和滤波电容滤波后，可以得到平滑的直流电压提供给负载。
在上述任一技术方案中，优选地，输入电流采样模块包括：第一电阻，第一电阻的一端与桥式整流器的负极相连接，第一电阻的另一端与滤波电容的负极相连接；第一运算放大器，第一运算放大器与第一电阻并联，用于测量第一电阻两端的电压差，并根据第一电阻两端的电压差输出Boost-PFC电路的输入电流。
在该技术方案中，第一电阻两端分别连接桥式整流器的负极和IGBT的漏极，当IGBT开通时，交流输入电源输出电流经桥式整流器整流后为Boost-PFC 电路提供输入电流，输入电流由桥式整流器正极通过由电感、IGBT、第一电阻组成的回路后，流入桥式整流器负极，通过测量第一电阻两端的电压差，并根据电压差及第一电阻阻值，得到Boost-PFC电路的输入电流，实现对 Boost-PFC电路输入电流的测量，进而根据输入电流调整IGBT的开关周期的载波频率和占空比。
在上述任一技术方案中，优选地，输入电压采样模块包括：第二电阻，第二电阻与第三电阻串联后与桥式整流器并联；第二运算放大器，第二运算放大器与第三电阻并联，用于测量第三电阻两端的电压差，并根据第三电阻两端的电压差输出Boost-PFC电路的输入电压。
在该技术方案中，交流输入电源输出电压经桥式整流器整流后为 Boost-PFC电路提供输入电压，第二电阻与第三电阻串联后与桥式整流器并联，通过测量第三电阻两端的电压差，并根据电压差及第二电阻与第三电阻的阻值，得到Boost-PFC电路的输入电压，实现对Boost-PFC电路输入电压的测量，进而根据输入电压调整IGBT的开关周期的载波频率和占空比。
在上述任一技术方案中，优选地，输出电压采样模块包括：第四电阻，第四电阻与第五电阻串联后与负载并联；第三运算放大器，第三运算放大器与第五电阻并联，用于测量第五电阻两端的电压差，并根据第五电阻两端的电压差输出Boost-PFC电路的输出电压。
在该技术方案中，当滤波电容为负载提供输出电压带动负载运转时，由于第四电阻与第五电阻串联后与负载并联，第四电阻与第五电阻串联电路两端电压与负载电压相同，通过测量第五电阻两端的电压差，并根据电压差及第四电阻与第五电阻的阻值，得到Boost-PFC电路的输出电压，实现对Boost-PFC电路输出电压的测量，进而根据输出电压调整IGBT的开关周期的载波频率和占空比。
在上述任一技术方案中，优选地，电压调节模块包括：第一控制器，第一控制器的正极输入端作为电压调节模块的第一输入端，第一控制器的负极输入端作为电压调节模块的第二输入端。
在该技术方案中，电压调节模块包括第一控制器，第一控制器的正极输入端为Boost-PFC电路输出电压反馈值，由Boost-PFC电路的实际输出电压经第四电阻与第五电阻分压，再由第三运算放大器采集第五电阻两端的压降得到；第一控制器的负极输入端连接基准电压设定模块，获取基准电压，通过比较 Boost-PFC电路输出电压和基准电压得到电压偏差值，根据电压偏差值通过增益后作为电压指令值发送给功率因数校正模块，功率因数校正模块进而根据电压指令值确定占空比，实现控制Boost-PFC电路的输出电压稳定在目标值。
在上述任一技术方案中，优选地，电流调节模块包括：第二控制器，第二控制器的正极输入端作为电流调节模块的第一输入端，第二控制器的负极输入端作为电流调节模块的第二输入端。
在该技术方案中，电流调节模块包括第二控制器，第二控制器的正极输入端为Boost-PFC电路的输入电流反馈值，由Boost-PFC电路的实际输入电流经第一电阻产生压降，再由第一运算放大器采集第一电阻两端的压降得到；第二控制器的负极输入端为Boost-PFC电路的输入电压的相位，由Boost-PFC电路实际输入电压经桥式整流器全波整流后，经第二电阻与第三电阻分压，再由第二运算放大器采集第三电阻两端的压降得到，通过适当增益处理后作为 Boost-PFC电路的输入电流相位基准值，比较Boost-PFC电路输入电流和输入电压的相位得到的相位偏差值，根据相位偏差值计算电流指令值IAC_Dev发送给功率因数校正模块，功率因数校正模块进而根据电流指令值IAC_Dev确定占空比，实现控制Boost-PFC电路的输入电流相位跟随输出电流相位。
在上述任一技术方案中，优选地，载波频率调节模块包括：第三控制器，第三控制器的正极输入端作为载波频率调节模块的第一输入端，第三控制器的负极输入端作为载波频率调节模块的第二输入端。
在该技术方案中，载波频率调节模块包括第三控制器，第三控制器的正极输入端为Boost-PFC电路的输入电压的相位，由Boost-PFC电路实际输入电压经桥式整流器全波整流后，经第二电阻与第三电阻分压，再由第二运算放大器采集第三电阻两端的压降得到，第二控制器的负极输入端基准频率设定模块相连接，获取基准频率，基准频率设定为系统输入电压在波峰时的最高载波频率；比较Boost-PFC电路输入电压的相位和基准频率的相位偏差值，根据相位偏差值计算下一个开关周期的时长Cycle发送给功率因数校正模块，功率因数校正模块进而根据下一个开关周期的时长Cycle确定占空比，实现根据基准频率计算下一个开关周期的载波频率，优选地，第二控制器可采用的PI反馈控制，动态性能好，能自动适应不同电压、频率的电源规格。
根据本实用新型的第二个方面，本实用新型提供了一种变频设备，包括Boost-PFC电路；以及上述任一技术方案中的Boost-PFC电路的控制装置，Boost-PFC电路的控制装置对Boost-PFC电路进行控制。
本实用新型提供的变频设备，包括上述任一技术方案中的Boost-PFC 电路的控制装置，因此，能够实现上述任一技术方案中Boost-PFC电路的控制装置的技术效果，不再赘述。
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1(a)示出了Boost-PFC电路中IGBT导通时工作原理示意图；
图1(b)示出了Boost-PFC电路中IGBT关断时工作原理示意图；
图2示出了本实用新型的一个实施例的Boost-PFC电路的控制装置的示意框图；
图3示出了本实用新型的一个具体实施例的不同输入电压相位下不同载波频率的PWM示意图；
图4示出了本实用新型的一个具体实施例的不同输入电压相位下不同载波频率的电感纹波电流示意图；
图5示出了本实用新型的另一个实施例的Boost-PFC电路的控制装置的示意框图；
图6示出了本实用新型一个具体实施例的Boost-PFC电路的控制装置的示意图；
图7示出了本实用新型一个具体实施例的电压调节模块的电路结构示意图；
图8示出了本实用新型一个具体实施例的电流调节模块的电路结构示意图；
图9示出了本实用新型一个具体实施例的载波频率调节模块的电路结构示意图；
图10示出了本实用新型一个具体实施例的功率因数校正模块的电路结构示意图；
图11示出了本实用新型一个具体实施例的功率因数校正模块的电路结构示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本实用新型的上述方面、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不限于下面公开的具体实施例的限制。
本实用新型第一方面的实施例，提出一种Boost-PFC电路的控制装置， Boost-PFC电路包括依次连接的输入整流模块、升压模块、输出滤波模块，升压模块包括IGBT，图2示出了本实用新型的一个实施例的Boost-PFC电路的控制装置200的示意框图。其中，控制装置200包括：
输入电流采样模块202，输入电流采样模块202的输入端与输入整流模块的输出端相连接，用于采集并输出Boost-PFC电路的输入电流；
输入电压采样模块204，输入电压采样模块204的输入端与输入整流模块的输出端相连接，用于采集并输出Boost-PFC电路的输入电压；
输出电压采样模块206，输出电压采样模块206的输入端与输出滤波模块的输出端相连接，用于采集并输出Boost-PFC电路的输出电压；
控制模块208，控制模块208与输入整流模块、输出滤波模块相连接，用于根据输入电流、输入电压和输出电压计算IGBT的开关周期的载波频率和占空比。
本实用新型提供的Boost-PFC电路的控制装置200，输入电流采样模块 202采集Boost-PFC电路的输入电流、输入电压采样模块204采集Boost-PFC 电路的输入电压、输出电压采样模块206采集Boost-PFC电路的输出电压并分别发送给控制模块208，控制模块208进而根据Boost-PFC电路的输入电流、输入电压和输出电压计算Boost-PFC电路中IGBT的开关周期的载波频率和占空比。本实用新型根据Boost-PFC电路中输入电压、输入电流以及电路的输出电压计算IGBT的开关周期的载波频率和占空比，进而控制IGBT的开关，实现IGBT的开通、关闭可以根据Boost-PFC电路的输入输出状态实时调整，优选地，交流正弦波输入电压经过全波整流后，变成单向半幅正弦输入电压，当正弦输入电压为波谷时，输入电压低，此时即使开通、关闭IGBT，电感电流上升和下降都不明显，适当降低载波频率，不会对输入电流纹波造成明显影响，因此在保证谐波畸变率的情况下，适当降低载波频率，延长IGBT开关周期；当正弦输入电压为波峰时，输入电压高，如果开通IGBT，电感电流有明显的冲击，如果关闭IGBT，电流会快速下降，降低载波频率会导致输入电流纹波的及谐波畸变度有明显的变化，因此可以提高载波频率，缩短IGBT开关周期，保证电流正弦度；在正弦输入电压一个周期内，根据不同的电压相位调整IGBT的开关周期的载波频率和占空比，解决了传统Boost-PFC电路由于整个工作过程都是用相同的载波频率导致在系统的动态特性与功率器件的发热量之间难以取舍的问题，通过实时调整IGBT的开关周期的载波频率和占空比，降低输入电流的谐波畸变率的同时，减少功率器件开关次数，有效降低发热量，提高电路耐久性，降低产品成本。
具体实施时，图3示出了本实用新型的一个具体实施例的不同输入电压相位下不同载波频率的PWM示意图。其中，在一个输入电源周期内根据不同的电压相位把PFC的载波频率改为不同的数值T1、T2、T3、……、Tn。当输入电压值较低时，因为每次IGBT导通时通过的电流幅值较低，因此可以在保证谐波畸变率的情况下，适当降低载波频率，即延长开关周期；当输入电压值较高时，因为每次IGBT导通时通过的电流幅值较高，容易产生电流尖峰，因此可以提高载波频率，即缩短开关周期，T1、T2、T3、……、Tn逐渐减小，保证电流正弦度。
图4示出了本实用新型的一个具体实施例的不同输入电压相位下不同载波频率的电感纹波电流示意图。其中，电感纹波电流的计算可依照如下公式：
在IGBT开通状态，电感电流的增加可以由下式求得：
在IGBT关闭状态，电感电流的减少可以由下式求得：
其中，VI为电源输入电压，VDS为电阻RDS两端电压，IL为通过电感L的电流，RL为电阻RL阻值，L为电感L的电感值，TON为IGBT导通时间，Vo-VD为输出电压值，TOFF为IGBT关断时间。
图5出了本实用新型的另一个实施例的Boost-PFC电路的控制装置500 的示意框图。其中，控制装置500包括：
输入电流采样模块502，输入电流采样模块502的输入端与输入整流模块的输出相连接，用于采集并输出Boost-PFC电路的输入电流；
输入电压采样模块504，输入电压采样模块504的输入端与输入整流模块的输出端相连接，用于采集并输出Boost-PFC电路的输入电压；
输出电压采样模块506，输出电压采样模块506的输入端与输出滤波模块的输出端相连接，用于采集并输出Boost-PFC电路的输出电压；
电压调节模块508，电压调节模块508的第一输入端与输出电压采样模块506的输出端相连接，电压调节模块508的第二输入端与基准电压设定模块相连接，电压调节模块508用于根据Boost-PFC电路的输出电压和基准电压设定模块设定的基准电压确定并输出电压指令值；
电流调节模块510，电流调节模块510的第一输入端与输入电流采样模块502的输出端相连接，电流调节模块510的第二输入端与输入电压采样模块504的输出端相连接，电流调节模块510用于根据Boost-PFC电路的输入电流和Boost-PFC电路的输入电压确定并输出电流指令值；
载波频率调节模块512，载波频率调节模块512的第一输入端与输入电压采样模块504的输出端相连接，载波频率调节模块512的第二输入端与基准频率设定模块相连接，载波频率调节模块512用于根据Boost-PFC 电路的输入电压和基准频率设定模块设定的基准频率确定并输出载波频率；
功率因数校正模块514，功率因数校正模块514的第一输入端与电压调节模块508的输出端相连接，功率因数校正模块514的第二输入端与电流调节模块510的输出端相连接，功率因数校正模块514的第三输入端与载波频率调节模块512的输出端相连接，功率因数校正模块514用于根据电压指令值、电流指令值、载波频率确定占空比。
在该实施例中，电压调节模块508，跟据Boost-PFC电路的输出电压和基准电压的偏差确定电压指令值，并发送给控制功率因数校正电路，电流调节模块510根据Boost-PFC电路的输入电流和Boost-PFC电路的输入电压的偏差确定电流指令值，并发送给控制功率因数校正电路，载波频率调节模块512根据Boost-PFC电路的输入电压和设定的基准频率的偏差确定载波频率，并发送给控制功率因数校正电路，功率因数校正模块514根据电压指令值、电流指令与载波频率的关系，计算IGBT占空比，进而调节 Boost-PFC电路输入电流，使得Boost-PFC电路输出电压稳定在目标值， Boost-PFC电路输入电流相位跟随输出电流相位，完成功率因数调节。
图6示出了本实用新型一个具体实施例的Boost-PFC电路的控制装置的示意图。优选地，输入整流模块包括：桥式整流器BRIDGE；桥式整流器BRIDGE的两个输入端分别与交流输入电源VAC的两个输出端相连接，用于将交流输入电源输入Boost-PFC电路的电流、电压进行整流。
在该实施例中，交流输入电源VAC的交流正弦波输入电压经过桥式整流器BRIDGE进行全波整流后，变成单向半幅正弦输入电压，实现对 Boost-PFC电路中储能电感存储能量。
在本实用新型的一个实施例中，如图6所示，优选地，升压模块包括： IGBT；电感L，电感L的一端与IGBT的源极C相连接，电感L的另一端与桥式整流器BRIDGE的正输出端相连接；快速恢复二极管RFD，快速恢复二极管RFD的阳极与IGBT的源极C相连接，快速恢复二极管RFD的阴极与负载LOAD的正极相连接。
在该实施例中，由于电感L两端与IGBT的源极和桥式整流器BRIDGE 的正输出端相连接，当IGBT开通时，桥式整流器BRIDGE输出电流，电感L充电存储能量，进而当IGBT关断时，电感通过快速恢复二极管RFD 放电，实现储能升压，同时，电感L可以抑制电磁干扰和射频干扰，电流波形失真小。
在本实用新型的一个实施例中，如图6所示，优选地，输出滤波模块包括：滤波电容CAP；滤波电容CAP与负载LOAD并联。
在该实施例中，当IGBT关断时，电感L通过快速恢复二极管RFD放电，电容器CAP吸收能量，两端电压升高并高于交流输入电源VAC的电压，实现升压，同时，通过快速恢复二极管RFD和滤波电容CAP滤波后，可以得到平滑的直流电压提供给负载LOAD。
在本实用新型的一个实施例中，如图6所示，优选地，输入电流采样模块包括：第一电阻RS，第一电阻RS的一端与桥式整流器BRIDGE的负极相连接，第一电阻RS的另一端与滤波电容CAP的负极相连接；第一运算放大器OP1，第一运算放大器OP1与第一电阻RS并联，用于测量第一电阻RS两端的电压差，并根据第一电阻RS两端的电压差输出Boost-PFC 电路的输入电流。
在该实施例中，第一电阻RS两端分别连接桥式整流器BRIDGE的负极和IGBT的漏极，当IGBT开通时，交流输入电源输出电流经桥式整流器 BRIDGE整流后为Boost-PFC电路提供输入电流，输入电流由桥式整流器 BRIDGE正极通过由电感L、IGBT、第一电阻组成RS的回路后，流入桥式整流器BRIDGE负极，通过测量第一电阻RS两端的电压差，并根据电压差及第一电阻RS阻值，得到Boost-PFC电路的输入电流，实现对 Boost-PFC电路输入电流的测量，进而根据输入电流调整IGBT的开关周期的载波频率和占空比。
在本实用新型的一个实施例中，如图6所示，优选地，输入电压采样模块包括：第二电阻R1，第二电阻R1与第三电阻R2串联后与桥式整流器BRIDGE并联；第二运算放大器OP2，运算放大器OP2与第三电阻并联 R2，用于测量第三电阻R2两端的电压差，并根据第三电阻R2两端的电压差输出Boost-PFC电路的输入电压。
在该实施例中，交流输入电源输出电压经桥式整流器整流后为 Boost-PFC电路提供输入电压，第二电阻R1与第三电阻R2串联后与桥式整流器并联，通过测量第三电阻R2两端的电压差，并根据电压差及第二电阻R1与第三电阻R2的阻值，得到Boost-PFC电路的输入电压，实现对 Boost-PFC电路输入电压的测量，进而根据输入电压调整IGBT的开关周期的载波频率和占空比。
在本实用新型的一个实施例中，如图6所示，优选地，输出电压采样模块包括：第四电阻R3，第四电阻R3与第五电阻R4串联后与负载并联；第三运算放大器OP3，第三运算放大器与第五电阻R4并联，用于测量第五电阻R4两端的电压差，并根据第五电阻R4两端的电压差输出Boost-PFC 电路的输出电压。
在该实施例中，当滤波电容为负载提供输出电压带动负载运转时，由于第四电阻R3与第五电阻R4串联后与负载并联，第四电阻R3与第五电阻R4串联电路两端电压与负载电压相同，通过测量第五电阻R4两端的电压差，并根据电压差及第四电阻R3与第五电阻R4的阻值，得到Boost-PFC 电路的输出电压，实现对Boost-PFC电路输出电压的测量，进而根据输出电压调整IGBT的开关周期的载波频率和占空比。
在本实用新型的一个实施例中，优选地，电压调节模块包括：第一PI 控制器，第一PI控制器的正极输入端作为电压调节模块的第一输入端，第一PI控制器的负极输入端作为电压调节模块的第二输入端。
图7示出了本实用新型一个具体实施例的电压调节模块的电路结构示意图，其中，电压调节模块包括第一控制器，第一控制器的正极输入端为 Boost-PFC电路输出电压反馈值VDC_FB，由Boost-PFC电路的实际输出电压经第四电阻R3与第五电阻R4分压，再由第三运算放大器OP3采集第五电阻R4两端的压降得到VDC_FB；第一控制器的负极输入端连接基准电压设定模块，获取基准电压VDC_Ref，如图7所示，优选地，第一控制器包括：PI(z)调节器、比较电路，比较电路通过比较Boost-PFC电路输出电压VDC_FB和基准电压VDC_Ref得到电压偏差值，根据电压偏差值通过 PI(z)调节器增益后作为电压指令值VDC_Dev发送给，功率因数校正模块，功率因数校正模块进而根据电压指令值确定占空比，实现控制 Boost-PFC电路的输出电压稳定在目标值。
在本实用新型的一个实施例中，优选地，电流调节模块包括：第二控制器，第二控制器的正极输入端作为电流调节模块的第一输入端，第二控制器的负极输入端作为电流调节模块的第二输入端。
图8示出了本实用新型一个具体实施例的电流调节模块的电路结构示意图，其中，电流调节模块包括第二控制器，第二控制器的正极输入端为 Boost-PFC电路的输入电流反馈值Is，由Boost-PFC电路的实际输入电流经第一电阻RS产生压降，再由第一运算放大器OP1采集第一电阻RS两端的压降得到；第二控制器的负极输入端为Boost-PFC电路的输入电压的相位 VAC_Ref，由Boost-PFC电路实际输入电压经桥式整流器BRIDGE全波整流后，经第二电阻R1与第三电阻R2分压，再由第二运算放大器OP2采集第三电阻R2两端的压降得到，如图8所示，优选地，第二控制器包括：PI (z)调节器、比较电路和增益单元Gain，VAC_Ref通过增益单元Gain适当增益处理后作为Boost-PFC电路的输入电流相位基准值，比较电路比较Boost-PFC电路输入电流Is和输入电压的相位VAC_Ref得到的相位偏差值，进而根据相位偏差值通过PI(z)调节器增益后作为电流指令值IAC_Dev 输出IAC_Dev，发送给功率因数校正模块，功率因数校正模块进而根据电流指令值IAC_Dev确定占空比，实现控制Boost-PFC电路的输入电流相位跟随输出电流相位。
在本实用新型的一个实施例中，优选地，载波频率调节模块包括：第三控制器，第三控制器的正极输入端作为载波频率调节模块的第一输入端，第三控制器的负极输入端作为载波频率调节模块的第二输入端。
图9示出了本实用新型一个具体实施例的载波频率调节模块的电路结构示意图，其中，载波频率调节模块包括第三控制器，第三控制器的正极输入端为Boost-PFC电路的输入电压的相位VAC_Ref，由Boost-PFC电路实际输入电压经桥式整流器BRIDGE全波整流后，经第二电阻R1与第三电阻R2分压，再由第二运算放大器OP2采集第三电阻R2两端的压降得到，第二控制器的负极输入端基准频率设定模块相连接，获取基准频率Frequent，基准频率设定为系统输入电压在波峰时的最高载波频率；如图9所示，优选地，第三控制器包括：PI(z)调节器、比较电路，比较电路比较Boost-PFC 电路输入电压的相位VAC_Ref和基准频率Frequent的相位偏差值，相位偏差值通过PI(z)调节器增益后，得到下一个开关周期的时长Cycle发送给，功率因数校正模块，功率因数校正模块进而根据下一个开关周期的时长确定占空比，实现根据基准频率计算下一个开关周期的载波频率，同时，载波频率调节采用的PI反馈控制，动态性能好，能自动适应不同电压、频率的电源规格。
图10出了本实用新型一个具体实施例的功率因数校正模块的电路结构示意图，其中，功率因数校正模块的第一输入端是系统输出电压偏差 VDC_Dev，第二输入端是系统输入电流偏差IAC_Dev，第三输入端是下一个开关周期的载波频率Cycle。系统输出电压偏差VDC_Dev与基准电压 Vref相减后得到一个反向的偏差值，在与输入电流的偏差IAC_Dev比较，得到的差值即为下一个开关周期的电流需求值，为了得到更好的系统响应，将电流需求值增益，再与指定频率Cycle的载波周期比较，即可得到下一个开关周期的占空比PWM。
本实用新型第二方面的实施例，提出一种变频设备10，如图11所示，变频设备10包括：Boost-PFC电路102，以及上述任一实施例中的Boost-PFC 电路的控制装置104，Boost-PFC电路的控制装置104对Boost-PFC电路进行控制。
本实用新型提供的变频设备10，包括上述任一实施例中的Boost-PFC 电路的控制装置104，因此，能够实现上述任一实施例中Boost-PFC电路的控制装置104的技术效果，不再赘述。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种Boost-PFC电路的控制装置，其特征在于，所述Boost-PFC电路包括依次连接的输入整流模块、升压模块、输出滤波模块，所述升压模块包括IGBT，所述控制装置包括：
输入电流采样模块，所述输入电流采样模块的输入端与所述输入整流模块的输出端相连接，用于采集并输出所述Boost-PFC电路的输入电流；
输入电压采样模块，所述输入电压采样模块的输入端与所述输入整流模块的输出端相连接，用于采集并输出所述Boost-PFC电路的输入电压；
输出电压采样模块，所述输出电压采样模块的输入端与所述输出滤波模块的输出端相连接，用于采集并输出所述Boost-PFC电路的输出电压；
控制模块，所述控制模块与所述输入整流模块、所述输出滤波模块相连接，用于根据所述输入电流、所述输入电压和所述输出电压计算所述IGBT的开关周期的载波频率和占空比。
2.根据权利要求1所述的Boost-PFC电路的控制装置，其特征在于，
所述控制模块包括：
电压调节模块，所述电压调节模块的第一输入端与所述输出电压采样模块的输出端相连接，所述电压调节模块的第二输入端与基准电压设定模块相连接，所述电压调节模块用于根据所述Boost-PFC电路的输出电压和所述基准电压设定模块设定的基准电压确定并输出电压指令值；
电流调节模块，所述电流调节模块的第一输入端与所述输入电流采样模块的输出端相连接，所述电流调节模块的第二输入端与所述输入电压采样模块的输出端相连接，所述电流调节模块用于根据所述Boost-PFC电路的输入电流和所述Boost-PFC电路的输入电压确定并输出电流指令值；
载波频率调节模块，所述载波频率调节模块的第一输入端与所述输入电压采样模块的输出端相连接，所述载波频率调节模块的第二输入端与基准频率设定模块相连接，所述载波频率调节模块用于根据所述Boost-PFC电路的输入电压和所述基准频率设定模块设定的基准频率确定并输出所述载波频率；
功率因数校正模块，所述功率因数校正模块的第一输入端与所述电压调节模块的输出端相连接，所述功率因数校正模块的第二输入端与所述电流调节模块的输出端相连接，所述功率因数校正模块的第三输入端与所述载波频率调节模块的输出端相连接，所述功率因数校正模块用于根据所述电压指令值、所述电流指令值、所述载波频率确定所述占空比。
3.根据权利要求2所述的Boost-PFC电路的控制装置，其特征在于，
所述输入整流模块包括：桥式整流器；
所述桥式整流器的两个输入端分别与交流输入电源的两个输出端相连接，用于将所述交流输入电源输入所述Boost-PFC电路的电流、电压进行整流。
4.根据权利要求3所述的Boost-PFC电路的控制装置，其特征在于，
所述升压模块包括：
IGBT；
电感，所述电感的一端与所述IGBT的源极相连接，所述电感的另一端与所述桥式整流器的正输出端相连接；
快速恢复二极管，所述快速恢复二极管的阳极与所述IGBT的源极相连接，所述快速恢复二极管的阴极与负载的正极相连接。
5.根据权利要求4所述的Boost-PFC电路的控制装置，其特征在于，
所述输出滤波模块包括：滤波电容；
所述滤波电容与所述负载并联。
6.根据权利要求5所述的Boost-PFC电路的控制装置，其特征在于，
所述输入电流采样模块包括：
第一电阻，所述第一电阻的一端与所述桥式整流器的负极相连接，所述第一电阻的另一端与所述滤波电容的负极相连接；
第一运算放大器，所述第一运算放大器与所述第一电阻并联，用于测量所述第一电阻两端的电压差，并根据所述第一电阻两端的电压差输出所述Boost-PFC电路的输入电流。
7.根据权利要求6所述的Boost-PFC电路的控制装置，其特征在于，
所述输入电压采样模块包括：
第二电阻，所述第二电阻与第三电阻串联后与所述桥式整流器并联；
第二运算放大器，所述第二运算放大器与所述第三电阻并联，用于测量所述第三电阻两端的电压差，并根据所述第三电阻两端的电压差输出所述Boost-PFC电路的输入电压。
8.根据权利要求7所述的Boost-PFC电路的控制装置，其特征在于，
所述输出电压采样模块包括：
第四电阻，所述第四电阻与第五电阻串联后与所述负载并联；
第三运算放大器，所述第三运算放大器与所述第五电阻并联，用于测量所述第五电阻两端的电压差，并根据所述第五电阻两端的电压差输出所述Boost-PFC电路的输出电压。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的Boost-PFC电路的控制装置，其特征在于，
所述电压调节模块包括：第一控制器，所述第一控制器的正极输入端作为所述电压调节模块的第一输入端，所述第一控制器的负极输入端作为所述电压调节模块的第二输入端。
10.根据权利要求2至8中任一项所述的Boost-PFC电路的控制装置，其特征在于，
所述电流调节模块包括：第二控制器，所述第二控制器的正极输入端作为所述电流调节模块的第一输入端，所述第二控制器的负极输入端作为所述电流调节模块的第二输入端。
11.根据权利要求2至8中任一项所述的Boost-PFC电路的控制装置，其特征在于，
所述载波频率调节模块包括：第三控制器，所述第三控制器的正极输入端作为所述载波频率调节模块的第一输入端，所述第三控制器的负极输入端作为所述载波频率调节模块的第二输入端。
12.一种变频设备，其特征在于，包括：
Boost-PFC电路；以及
如权利要求1至11中任一项所述的Boost-PFC电路的控制装置，所述控制装置对所述Boost-PFC电路进行控制。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107911016A (zh) * | 2017-12-07 | 2018-04-13 | 广东美的暖通设备有限公司 | Boost‑PFC电路的控制装置、控制方法 |
| CN111697814A (zh) * | 2020-05-21 | 2020-09-22 | 青岛理工大学 | 基于pfc电路的谐波抑制方法、装置及变频设备 |
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2017
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