一种无电解电容高功率因数校正器及校正方法
【专利摘要】一种无电解电容高功率因数校正方法包括：利用差分输入整流系统输入电压，输入电流，和第一、第二差分电容的电容值，获得第一、第二差分电容的电容电压设定值，确定二次纹波电压幅值和相位；利用第一第二差分电容的电容电压计算得到第一第二电感电流设定值，与实际检测到的第一、第二电感的电感电流对应的进行差值计算，得到第一第二电感的电感电流的误差值，经过比例积分微分控制器，输出得到控制参数；将控制参数与固定频率的三角波进行比较，形成PWM控制参数，分别控制第一变换器开关管和第二变换器开关管。本发明方法能够克服大容量电解电容寿命短、耐用性差的缺陷，仅通过改变控制策略便可得到直流侧无低频电流纹波。
【专利说明】—种无电解电容高功率因数校正器及校正方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电能变换装置与控制技术中的交流-直流变换【技术领域】，具体涉及一种无电解电容高功率因数校正器及校正方法。
【背景技术】
[0002]对于直流用电场合来讲，电能不能直接从交流电网直接取用，而是需要经过不控整流器或者晶闸管整流后获得直流母线电压，然后再将其经过DC/DC变换为精细的直流电供给用电设备。经典的整流器是由二极管或晶闸管组成的非线性电路，会产生大量电流谐波和无功功率，造成电能质量下降，威胁电网中各种电气设备的安全经济运行。当单位功率因数整流技术应用于直流供电系统时，可以有效提高电网供电质量，抑制谐波污染，然而，50Hz的交流电经过整流后会在直流侧产生IOOHz的低频纹波，该纹波将被耦合到后级变换器的输出侧，容易引起误动作，威胁用电设备的安全运行；同时该纹波将降低后级变换器的有功功率传输能力，将降低整个功率变换系统的效率。为抑制直流侧低频纹波电流，通常采用增大电解电容容量的方式。虽然有效抑制了低频电流纹波，但是大容量电解电容存在诸多不足，例如寿命短，耐用性差，随着温度等工作条件的变化，性能不稳定，并且会增加系统的成本。
[0003]整流供电系统需要将交流电转化为精细的直流电供给直流用电设备。此系统中电解电容的作用在于平衡交流电网提供的脉动功率，与用电设备期望得到的恒定功率之间的关系。因此，实现无电解电容功率变换技术关键在于把握如何处理输入输出功率的不平衡关系。有人提出可以将整流系统工作在Boost电流断续模式，自动实现单位功率因数，通过在交流输入侧注入3次，5次谐波的方式，减小输入电流峰均比，从而有效控制输入脉动功率。实现用小电容代替大容量电解电容。然而，这种方式减小直流侧电容是建立在交流侧增大谐波含量为代价的基础上，交流侧THD值增大将导致功率因数降低，也就是说直流侧输出端纹波的抑制导致交流侧功率因数的降低。
[0004]在单位功率因数变换器中，为了省去电解电容，也有人提出通过其他储能元件，例如电感或小容量电容控制纹波功率，当输入功率低于输出功率时，储能元件释放能量对输出端进行补偿；当输入功率高于输出功率时，将多余的能量储存在储能元件中。这些方案虽然省去了电解电容，但是增加了额外的功率转换器，系统拓扑结构复杂，效率降低，系统体积、重量、成本都将增大。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是:提供一种无电解电容高功率因数校正器及校正方法，能够克服大容量电解电容寿命短、耐用性差的缺陷，仅通过改变控制策略便可得到直流侧无低频电流纹波。
[0006]本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为:
[0007]一种无电解电容高功率因数校正方法，其特征在于:它包括以下步骤:[0008]I)差分输入整流系统包括交流输入电源、第一变换器和第二变换器，其中第一变换器包括第一差分电容C1、第一电感L1和第一变换器开关管,第二变换器包括第二差分电容C2、第二电感L2和第二变换器开关管,第一、第二变换器的结构对称；差分式输入整流系统的输入端由第一、第二差分电容Cp C2串联,且输入电压为两个差分电容的电压的差分；输出端由第一、第二电感U、L2并联，且输出电流为两支电感电流的和；检测差分输入整流系统的输入电压Vin和输入电流iin ;[0009]2)利用输入电压Vin,输入电流iin,和已知的第一、第二差分电WC1X2的电容值C,
获得第一、第二差分电容Cp C2的电容电压设定值Vctof和Vc;2Mf:
[0010]
【权利要求】
1.一种无电解电容高功率因数校正方法，其特征在于:它包括以下步骤: 1)差分输入整流系统包括交流输入电源、第一变换器和第二变换器，其中第一变换器包括第一差分电容C1、第一电感L1和第一变换器开关管,第二变换器包括第二差分电容C2、第二电感L2和第二变换器开关管,第一、第二变换器的结构对称；差分式输入整流系统的输入端由第一、第二差分电容Cp C2串联,且输入电压为两个差分电容的电压的差分；输出端由第一、第二电感U、L2并联，且输出电流为两支电感电流的和；检测差分输入整流系统的输入电压Vin和输入电流iin ； 2)利用输入电压Vin，输入电流iin，和已知的第一、第二差分电容CpC2的电容值C,获得第一、第二差分电容Cp C2的电容电压设定值Vctof和Vc;2Mf:
2.实现权利要求1所述的无电解电容高功率因数校正方法的无电解电容高功率因数校正器，其特征在于:它包括差分输入整流系统和直流电流控制器，其中 差分输入整流系统包括交流输入电源、第一变换器和第二变换器，其中第一变换器包括第一差分电容C1、第一电感L1和第一变换器开关管,第二变换器包括第二差分电容C2、第二电感L2和第二变换器开关管,第一、第二变换器的结构对称；差分式输入整流系统的输入端由第一、第二差分电容Cp C2串联,且输入电压为两个差分电容的电压的差分；输出端由第一、第二电感U、L2并联，且输出电流为两支电感电流的和； 直流电流控制器包括主控制器、第一变换器控制器和第二变换器控制器；主控制器用于接收输入电压Vin和输入电流iin，并结合已知的第一、第二差分电容C1X2的电容值C,获得第一、第二差分电容VC1ref、VC2ref的电容电压设定值再根据第一、第二差分电容CpC2的电容电压设定值Veteif和Ve2mf计算得到第一第二电感电流设定值iUMf、iL2ref ;第一变换器控制器用于将主控制器计算得到的第一电感电流设定值iUMf与实际检测到的第一电感的电感电流iu进行差值计算，得到第一电感的电感电流的误差值Λ iu，经过比例积分微分控制器，输出得到控制参数，将控制参数与固定频率的三角波进行比较，形成PWM控制参数，控制第一变换器开关管；第二变换器控制器用于控制第二变换器开关管，控制过程与第一变换器控制器相同。
3. 根据权利要求2所述的无电解电容高功率因数校正器，其特征在于:所述的第一变换器和第二变换器均为降压变换器，且结构对称；其中所述的第一变换器开关管包括第一开关管T1和第二开关管T2，第一差分电容C1与第二开关管T2的公共端与交流输入电源一端相连，第二差分电容C2与第四开关管T4的公共端同交流输入电源另一端相连；差分输入整流系统输出端正极分别与第一电感L1和第二电感L2连接；第一差分电容C1与第一开关管T1的公共端接差分输入整流系统输出负极，第二差分电容C2与第三开关管T3的公共端接差分输入整流系统输出负极。
【文档编号】H02M1/42GK103475209SQ201310456527
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月29日 优先权日:2013年9月29日
【发明者】朱国荣, 王浩然, 梁标, 肖程元, 陈伟, 刘芙蓉, 徐应年 申请人:武汉理工大学