提高数字pfc电路可靠性的方法及装置的制造方法

文档序号:9710979阅读:645来源:国知局
提高数字pfc电路可靠性的方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于涉及交流/ 直流(AC/DC, Alternating Current/Direct Current)电源变换技术领域,尤其涉及一套提高数字功率因数校正(PFC,Power Factor Correct1n)电路可靠性的方法及装置。
【背景技术】
[0002]PFC电路在提高电网传输效率、降低电网谐波污染方面具有很大的作用。目前单相PFC控制,大多数的控制方案都是基于Boost变换器平均电流控制策略。
[0003]典型的Boost型数字PFC控制框图,如图1所示,整个系统由主电路和控制电路两部分组成。主电路由单相桥式整流器和直流/直流(DC/DC, Direct Current/DirectCUrrent)B00St变换器组成。控制电路由运行控制算法程序的数字信号控制器(DSC,Digital Signal controller)和外围信号调理电路所组成。为了提高功率因数(PF,PowerFactor)、减小总谐波失真(THD, Total Harmonic Distort1n),环路控制采用了双闭环PI控制算法,即由电流内环和电压外环共同控制。电流内环PI调节器Grea调节电感电流,使之波形上跟随输入电压的变化。电压外环PI调节器Grea输出经过一个乘法器和主电路输入整流电压相乘,乘积作为电流控制环节的基准信号Iraf,通过调节基准信号Iraf的值,使得输出Bus电压V。保持恒定。
[0004]与传统的模拟控制方式相比,PFC数字控制的方式具有灵活、可移植性强、节省硬件电路空间和成本等很多优点。但同时数字控制方式亦有延迟控制的固有缺陷,即在PFC数字控制系统中,由于模拟/数字(AD,Analog/Digital)采样时间以及运算时间,使得当前周期计算所得到的脉宽只能在下个周期才能使用,因此PFC在控制上要延迟一个开关周期。在输入电压和输出负载稳定不变的稳态情况下,数字和模拟控制的效果相差不大,通过对环路控制算法进行适当的优化,数字控制方式甚至可能得到更好的PF和THD指标。但当输入电压和输出负载出现与输入电压工频周期差不多的连续的动态变化时,由于数字PFC的延迟控制特性,使得它不能像模拟控制那样对动态变化作出快速的反应,从而会使环路失控,电感电流和Bus电压超出正常值,严重时还会导致炸机故障。因此,必须设计一套合理的控制方法和保护方式,在不影响稳态正常运行的前提下,尽可能降低PFC功率器件的电应力,提高PFC电路的可靠性。

【发明内容】

[0005]本发明的目的在于使得在Bus过压和PFC电感过流时能够及时进行保护,并在输入输出动态切换时显著降低Bus电压和电感电流应力,提高了 PFC电路可靠性。
[0006]本发明是这样实现的,一种提高数字PFC电路可靠性的方法,包括Bus过压保护策略,所述Bus过压保护策略包括以下步骤:
[0007]设定三个阈值V1、V2及V3,阀值Vl为Bus电容允许的最高工作电压,阈值V2比稳态工作时Bus实际电压高,阈值V3为Bus电压参考值,其中,Vl > V2 > V3 ;
[0008]当Bus电压大于阀值Vl时,判定为高压防护状态,断开输入电压,初始化缓启动参数,关闭PFC驱动,整流器设置为停止状态;
[0009]当Bus电压大于阀值V2但小于阈值Vl时,判定为Bus过压关驱动状态,关闭PFC驱动;
[0010]在Bus过压关驱动状态下,当Bus电压小于阀值V3时,恢复PFC驱动,并清零电压环积分变量。
[0011 ] 优选地,所述提高数字PFC电路可靠性的方法还包括PFC电感过流保护策略,所述PFC电感过流保护策略包括以下步骤:
[0012]在各个开关周期中,比较采样得到的PFC电感电流与设定的逐波限流点;
[0013]当PFC电感电流值超出逐波限流点时,比较模块输出高电平信号并送到脉宽调变模块的TZ触发单元,对PffM波进行封锁,封锁状态维持到当前开关周期结束;
[0014]当PFC电感电流值比逐波限流点低时,比较模块输出低电平信号,PWM正常输出,驱动信号恢复。
[0015]优选地,所述提高数字PFC电路可靠性的方法还包括降低PFC电感电流策略,所述降低PFC电感电流策略包括在逐波时降低逐波限流点策略,所述降低逐波限流点策略包括以下步骤:
[0016]将逐波限流点在正常运行时保持为默认的逐波限流点Il ;
[0017]检测到逐波发生时,将逐波限流点降低至为12,同时启动定时器,其中,11>12 ;
[0018]T时间以后,或者无逐波产生时,将逐波保护点恢复为II。
[0019]优选地,所述降低PFC电感电流策略还包括清零环路中间变量策略,所述清零环路中间变量策略包括以下步骤:
[0020]当程序中检测到PFC电感电流参考大于特定值I时,将电流内环PI调节器的输出、积分变量清零,并将电压外环PI调节器的输出、积分变量清零;其中,特定值I高于稳态正常运行时的值,且能起到降低电感电流的作用。
[0021]本发明进一步公开了一种提高数字PFC电路可靠性的装置,包括Bus过压保护模块,所述Bus过压保护模块包括:
[0022]阈值设定模块,用于设定三个阈值V1、V2及V3,阀值Vl为Bus电容允许的最高工作电压,阈值V2比稳态工作时Bus实际电压高,阈值V3为Bus电压参考值,其中,Vl > V2> V3 ;
[0023]BUS电压一级保护模块,用于当Bus电压大于阀值Vl时,判定为高压防护状态,断开输入电压,初始化缓启动参数,关闭PFC驱动,整流器设置为停止状态;
[0024]BUS电压二级保护模块,用于当Bus电压大于阀值V2但小于阈值Vl时,判定为Bus过压关驱动状态,关闭PFC驱动;在Bus过压关驱动状态,当Bus电压小于阀值V3时,恢复PFC驱动,并清零电压环积分变量。
[0025]优选地,所述提高数字PFC电路可靠性的装置还包括PFC电感过流保护模块,所述PFC电感过流保护模块包括:
[0026]电感电流比较模块,用于在各个开关周期中,比较采样得到的PFC电感电流与设定的逐波限流点;
[0027]封锁模块,用于当PFC电感电流值超出逐波限流点时,比较模块输出高电平信号并送到脉宽调变模块的TZ触发单元,对PffM波进行封锁,封锁状态维持到当前开关周期结束;
[0028]恢复模块,用于当PFC电感电流值比逐波限流点低时,比较模块输出低电平信号,PWM正常输出,驱动信号恢复。
[0029]优选地,所述提高数字PFC电路可靠性的装置还包括降低PFC电感电流模块,所述降低PFC电感电流模块包括在逐波时降低逐波限流点模块,所述降低逐波限流点模块用于:
[0030]将逐波限流点在正常运行时保持为默认的逐波限流点Il ;
[0031]检测到逐波发生时,将逐波限流点降低至为12,同时启动定时器,其中,11>12 ;
[0032]T时间以后,或者无逐波产生时,将逐波保护点恢复为II。
[0033]优选地,所述降低PFC电感电流模块还包括清零环路中间变量模块,用于当程序中检测到PFC电感电流参考大于特定值I时,将电流内环PI调节器的输出、积分变量清零,并将电压外环PI调节器的输出、积分变量清零;其中,特定值I高于稳态正常运行时的值,且能起到降低电感电流的作用。
[0034]本发明克服现有技术的不足,公开一种提高数字PFC电路可靠性的方法及装置,利用DSC进行数字控制,AC/DC部分拓扑结构为PFC变换器的结构;其中,本发明方法包括Bus过压保护策略、PFC电感过流保护策略和降低PFC电感电流策略。其中,Bus过压保护策略采用二级保护方式,PFC电感过流保护策略采用逐波限流保护的策略,降低PFC电感电流策略采用逐波时降低逐波限流点、电感电流参考大于某特定值时清零环路中间变量的策略。本发明的装置与方法相对应。
[0035]与现有技术的不足相比,本发明所具有的有益效果是:在保证整流器稳态正常运行的前提下,不仅能够对Bus过压和电感过流及时进行保护,还能够显著降低输入输出动态切换时PFC器件的电应力,提高整流器功率器件的可靠性。
【附图说明】
[0036]图1是现有技术中典型的Boost型数字PFC控制框图;
[0037]图2是本发明Bus过压保护策略的步骤流程图;
[0038]图3是本发明PFC电感过流保护策略的步骤流程图;
[0039]图4是本发明PFC电感过流保护策略中PFC电感电流逐波限流保护示意图;
[0040]图5是本发明降低PFC电感电流策略中逐波时降低逐波限流点策略的步骤流程图;
[0041]图6是本发明降低PFC电感电流策略
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