基于双电感双电压直流输出电路的功率因数校正方法与流程

本发明涉及电力电子领域的一种基于双电感双电压直流输出电路的功率因数校正方法。

背景技术：

单相交流电源供电的电力电子变换装置可以用于开关电源、大功率变频器、功率因数校正器(pfc)等应用领域。为了减少对交流电网的谐波污染，目前国外已推出了一些限制电流谐波的标准，如iec1000-3-2classd标准，要求交流输入电源必须采取措施降低电流谐波含量，提高功率因数。

被动无功补偿装置体积大，主动无功补偿不仅体积小，能量转换效率也很高。升压型功率因数矫正器通过控制开关器件的通断，使得流过功率电感的电流正弦，并与网侧电压同相，能够实现单位功率因数，因此得到了大范围的推广应用。传统的升压型功率因数矫正器只能产生单一的大于网侧电压峰值的单一直流电压，但是在某些应用场合可能需要多路电平输出，对电压等级也会有多种要求。比如《双电压整流器》、《“汽改柴”双电压制电路分析》等文章明确指出双电压供电的必要性。此外，在三电平逆变器中，传统的升压型功率因数矫正器所提供的电压等级可能达不到要求。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种基于双电感双电压直流输出电路的功率因数校正方法，其可以保证单位功率因数，实现交流直流变换；能够生成多路直流电压，可实现升压和降压的控制。

实现上述目的的一种技术方案是：一种基于双电感双电压直流输出电路的功率因数校正方法，所述双电感双电压电路包括并联设置的不控整流桥电路、电容桥电路和分压电路；

所述不控桥整流电路的第一桥臂包括依次串联的第一功率二极管d1、第一igbt模块s1和第三功率二极管d3，所述不控桥整流电路的第二桥臂包括依次串联的第二功率二极管d2、第二igbt模块s2和第四功率二极管d4；

所述电容桥电路包括依次串联的第一电解电容e和第二电解电容e2；

所述分压电路包括依次串联的至少两个电阻，所述分压电路上设有直流侧采样端；

所述不控桥整流电路的第一桥臂和第二桥臂对应连接电源火线和电源零线，所述电源火线和所述电源零线之间设有双闸开关，形成输入电压和输入电流采样端；

所述不控桥整流电路的第一桥臂和第二桥臂和所述电容桥电路之间对应设有第一功率电感l1和第二功率电感l2；

该方法通过在所述输入电压和输入电流采样端采样的输入电压ui和输入电流il进行内环功率因数矫正；通过在所述分压电路的直流侧采样端采集的输出电压uo进行外环电压控制。

进一步的，其包括下列步骤：

s1，在所述输入电压和输入电流采样端采集输入电压ui的绝对值，并进而得到输入电压有效值uirms；

s2，计算输入电压有效值平方倒数1/u²irms；

s3，在所述直流侧采样端采集输出电压u0，并将输出电压u0和输出电压基准值ur进行比较，得到电压误差ev；

s4，对电压误差ev进行比例积分调节得到电压基准值uvc；

s5，根据输入电压有效值平方倒数1/u²irms和电压基准值uvc得到基准电流ir；

s6，在输入电压和输入电流采样端对输入电流il进行采集，并将输入电流il和基准电流ir进行比较，得到电流误差ei；

s7，对电流误差ei进行比例积分调节，得到电源电压ucc；

s8，对电源电压ucc进行信号离散得到驱动电压ucd；

s9，通过对驱动电压ucd进行斩波，得到用以驱动第一igbt模块s1的pwm1脉冲信号；

s10，形成与pwm1脉冲信号互补的，用以驱动第二igbt模块s2的pwm2脉冲信号。

再进一步的，在所述输入电压和输入电流采样端采集ui的绝对值和输入电流il进行采集前，先通过滤波电容进行滤波。

采用了本发明的一种基于双电感双电压直流输出电路的功率因数校正方法的技术方案，所述双电感双电压电路包括并联设置的不控整流桥电路、电容桥电路和分压电路；所述不控桥整流电路的第一桥臂包括依次串联的第一功率二极管d1、第一igbt模块s1和第三功率二极管d3，所述不控桥整流电路的第二桥臂包括依次串联的第二功率二极管d2、第二igbt模块s2和第四功率二极管d4；所述电容桥电路包括依次串联的第一电解电容e和第二电解电容e2；所述分压电路包括依次串联的至少两个电阻，所述分压电路上设有直流侧采样端；所述不控桥整流电路的第一桥臂和第二桥臂对应连接电源火线和电源零线，所述电源火线和所述电源零线之间设有双闸开关，形成输入电压和输入电流采样端；所述不控桥整流电路的第一桥臂和第二桥臂和所述电容桥电路之间对应设有第一功率电感l1和第二功率电感l2；该方法通过在所述输入电压和输入电流采样端采样的输入电压ui和输入电流il进行内环功率因数矫正；通过在所述分压电路的直流侧采样端采集的输出电压uo进行外环电压控制。其技术效果是：保证单位功率因数，实现交流直流变换；能够生成多路直流电压，可实现升压和降压的控制。

附图说明

图1为本发明的一种基于双电感双电压直流输出电路的功率因数校正方法所采用的第一种双电感双电压电路的原理图。

图2为本发明的一种基于双电感双电压直流输出电路的功率因数校正方法的流程图。

图3为本发明一种基于双电感双电压直流输出电路的功率因数校正方法的所产生的pwm1脉冲信号的信号图。

图4为本发明一种基于双电感双电压直流输出电路的功率因数校正方法所采集的输入电压和输入电流的仿真波形图。

图5为本发明一种基于双电感双电压直流输出电路的功率因数校正方法所产生的三路输出电压仿真波形图。

图6为本发明一种基于双电感双电压直流输出电路的功率因数校正方法所采用的第二种双电感双电压电路的原理图。

具体实施方式

请参阅图1，本发明的发明人为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例，并结合附图进行详细地说明：

如图1为本发明的一种基于双电感双电压直流输出电路的功率因数校正方法所采用的第一种双电感双电压电路包括：第一igbt模块s1和第二igbt模块s2、第一功率二极管d1、第二功率二极管d2、第三功率二极管d3和第四功率二极管d4，第一功率电感l1和第二功率电感l2，第一电解电容e1和第二电解电容e2，第一分压电阻r1、第二分压电阻r2和第三分压电阻r3，以及滤波电容c1。

滤波电容c1的第一端部连接电源火线，滤波电容c1的第二端部连接电源零线，为滤波电路。电源零线和电源火线之间设有双闸开关，形成输入电压和输入电流采样端，在该点可采集输入电压ui和输入电流il。

第一功率二极管d1的负极连接第二二极管d2的负极、第一电解电容e1的正极以及第一分压电阻r1的第一端部，形成输出正极。

第三功率二极管d3的正极，连接第四二极管d4的正极、第二电解电容e2的负极以及第三分压电阻r3的第一端部，形成输出负极。

第一igbt模块s1的集电极连接第一功率二极管d1的正极。第一igbt模块s1的发射极连接第三功率二极管d3的负极。第二igbt模块s2的集电极连接第二功率二极管d2的正极。第二igbt模块s2的发射极连接第四功率二极管d4的负极，构成了不控整流桥电路。第一igbt模块s1位于该不控整流桥电路的第一桥臂上，第二igbt模块s2位于该不控整流桥电路的第二桥臂上。

电源火线连接第一igbt模块s1的集电极，电源零线连接第二igbt模块s2的集电极。

第一电解电容e1的负极连接第二电解电容e2的正极，构成了电容桥电路。第一电解电容e1的负极与第一igbt模块s1的发射极之间设有第一功率电感l1，第一电解电容e1的负极与第二igbt模块s2的发射极之间设有第二功率电感l2。第二分压电阻r2的一端连接第一分压电阻r1的第二端部，第二分压电阻r2的另一端连接第三分压电阻r3的第二端部。第三分压电阻r3的第二端部为直流侧采样端，在该点可采集输出电压uo。第一分压电阻r1、第二分压电阻r2和第三分压电阻r3构成分压电路。

本发明的一种基于双电感双电压直流输出电路的功率因数校正方法采用的是双环控制的方法，输入电压ui和输入电流il采样后用于内环功率因数矫正，第一分压电阻r1、第二分压电阻r2和第三分压电阻r3分压后采集的输出电压uo用于外环电压控制。

如图2所示，本发明的一种基于双电感双电压直流输出电路的功率因数校正方法包括下列步骤：

s1，在所述输入电压和输入电流采样端采集输入电压ui的绝对值，并进而得到输入电压有效值uirms；

s2，计算输入电压有效值平方倒数1/u²irms；

s3，在所述直流侧采样端采集输出电压u0，并将输出电压u0和输出电压基准值ur进行比较，得到电压误差ev；

s4，对电压误差ev进行比例积分调节得到电压基准值uvc；

s5，根据输入电压有效值平方倒数1/u²irms和电压基准值uvc得到基准电流ir；

s6，在输入电压和输入电流采样端对输入电流il进行采集，并将输入电流il和基准电流ir进行比较，得到电流误差ei；

s7，对电流误差ei进行比例积分调节，得到电源电压ucc；

s8，对电源电压ucc进行信号离散得到驱动电压ucd；

s9，通过对驱动电压ucd进行斩波，得到用以驱动第一igbt模块s1的pwm1脉冲信号；

s10，形成与pwm1脉冲信号互补的，用以驱动第二igbt模块s2的pwm2脉冲信号，如图3所示。

本发明的一种基于双电感双电压直流输出电路的功率因数校正方法所采用的第一种双电感双电压电路，在第一功率电感l1和第二功率电感l2电流连续时包括四个工作模态。

输入电压ui为正且第一igbt模块s1关断时，存在两个电流回路：电源火线-第一功率二极管d1–第一电解电容e1-第二功率电感l2-第二igbt模块s2的续流二极管-电源零线组成的电流回路；以及由第一功率电感l1-第二电解电容e2-第三功率二极管d3组成的电流回路。第一个电流回路给第一电解电容e1充电，第二个电流回路给第二电解电容e2充电。

输入电压ui为正且第一igbt模块s1开通时，电流回路为电源火线-第一igbt模块s1-第一功率电感l1-第二功率电感l2-第二igbt模块s2的续流二极管-电源零线，交流电压给第二功率电感l2和第一功率电感l1蓄能。

输入电压为负且第二igbt模块s2关断时,电路中存在两个电流回路：电源零线-第二功率二极管d2-第一电解电容e1-第一功率电感l1-第一igbt模块s1的续流二极管-电源火线的电流回路，以及第二功率电感l2-第二电解电容e2-第四功率二极管d4的电流回路。第一个电流回路给第一电解电容e1充电，第二个电流回路给第二电解电容e2充电。

输入电压为负且第二igbt模块s2导通时,电流回路为电源零线-第二igbt模块s2–第二功率电感l2-第一功率电感l1-第一igbt模块s1的续流二极管-电源火线，交流电压给第一功率电感l1和第二功率电感l2蓄能。

为验证本发明的一种基于双电感双电压直流输出电路的功率因数校正方法的可行性，在simulink中进行了仿真实验。图4是网侧输入电压与输入电流的波形图。可以看出，该方法使得输入电压和输入电流完全同相，实现了单位功率因数。图5是输出电压的波形。该电路直流电压输出，包括第一电解电容e1上的电压ue1、第二电解电容e2上的电压ue2以及第一电解电容e1和第二电解电容e2的电压之和ue1+ue2。

本发明的一种基于双电感双电压直流输出电路的功率因数校正方法的技术效果主要体现在功率因数始终为1；实现了单位功率因数和交流直流变换；能够生成多路直流电压，可实现升压和降压的控制，控制简单。

本发明的一种基于双电感双电压直流输出电路的功率因数校正方法所采用的第二种双电感双电压电路与第一种双电感双电压电路的的不同在于：第一电解电容e1的负极与第一igbt模块s1的集电极之间设有第一功率电感l1，第一电解电容e1的负极与第二igbt模块s2的集电极之间设有第二功率电感l2。电源火线连接第一igbt模块s1的发射极，电源零线连接第二igbt模块s2的发射极。

输入电压ui为正且第二igbt模块s2关断时，存在两个电流回路：电源火线-第一igbt模块s1的续流二极管–第一功率电感l1-第二电解电容e2-第四功率二极管d4-电源零线组成的电流回路；以及由第二功率电感l2-第二功率二极管d2-第一电解电容e1组成的电流回路。第一个电流回路给第二电解电容e2充电，第二个电流回路给第一电解电容e1充电。

输入电压ui为正且第二igbt模块s2导通时，电流回路为电源火线-第一igbt模块s1的续流二极管-第一功率电感l1-第二功率电感l2-第二igbt模块s2-电源零线，交流电压给第二功率电感l2和第一功率电感l1蓄能。

输入电压为负且第一igbt模块s1关断时,电路中存在两个电流回路：电源零线-第二igbt模块s2的续流二极管-第二功率电感l2-第二电解电容e2-第三功率二极管d3-电源火线的电流回路，以及第一功率电感l1-第一功率二极管d1-第一电解电容e1-的电流回路。第一个电流回路给第一电解电容e2充电，第二个电流回路给第二电解电容e1充电。

输入电压为负且第一igbt模块s1导通时,电流回路为电源零线-第二igbt模块s2的续流二极管–第二功率电感l2-第一功率电感l1-第一igbt模块s1-电源火线，交流电压给第一功率电感l1和第二功率电感l2蓄能。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。