一种Boost PFC电路的单电流采样器闭环控制装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种Boost PFC电路的单电流采样器闭环控制装置，包括采用电压环与电流环双环控制的Boost PFC电路，还包括用以采集所述Boost PFC电路输出电流的输出电流采样器、用以采集所述Boost PFC电路输出电压的输出电压采样器、用以采集所述Boost PFC电路输入电压的输入电压采样器、单片机、乘法器、比较器。本实用新型去掉电感电流采样器，增加输出电流采样器，既不增加系统成本，又能加快动态响应速度。
【专利说明】
一种Boost PFC电路的单电流采样器闭环控制装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及电力电子装置的控制领域，特别是一种Boost PFC电路的单电流 采样器闭环控制装置。
【背景技术】
[0002] PFC变换器的主要目标是使输入电流波形跟踪输入电压波形，为实现对电流的闭 环控制，传统Boost PFC控制都需采样电感电流，将采样到的实际电流和参考电流相比较， 生成所需的占空比控制信号。对于Boost PFC变换器，输出电压中包含固有的二次纹波，为 抑制二次波对输入电流的影响，一般对电压环取1 〇~20Hz的截止频率，或先对输出电压滤 波，但是会使系统对负载切换的动态性能变差，负载突变时系统要经过较长时间再次达到 稳定状态，而且电压电流波动较大，对系统安全可靠运行产生不利影响。在电压环中加入输 出电流前馈可以改善动态响应，但增加一个电流采样器也增加了系统成本。
【发明内容】
[0003] 有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种Boost PFC电路的单电流采样器闭环控 制装置，既不增加系统成本，又能加快动态响应速度。
[0004] 本实用新型采用以下方案实现:一种Boost PFC电路的单电流采样器闭环控制装 置，包括采用电压环与电流环双环控制的Boost PFC电路，还包括用以采集所述Boost PFC 电路输出电流的输出电流采样器、用以采集所述Boost PFC电路输出电压的输出电压采样 器、用以采集所述Boost PFC电路输入电压的输入电压采样器、单片机、乘法器、比较器;所 述输出电流采样器、输出电压采样器、输入电压采样器的输出端均连接至所述单片机;所述 乘法器的第一输入端、第二输入端分别连接至所述输入电压采样器、电压环控制电路的电 压补偿器的输出端，所述比较器的第一输入端、第二输入端分别连接至所述乘法器的输出 端、单片机，所述比较器的输出端连接至所述Boost PFC电路的驱动开关管。
[0005] 进一步地，所述电压环采用电压环控制电路，所述电压环控制电路包括第二乘法 器、电压补偿器、加法器，所述第二乘法器的输入端分别连接至所述Boost PFC电路的输入 电压采样器、所述电压补偿器的输出端，所述第二乘法器的输出端连接至电流环控制电路， 所述电压补偿器的输入端连接至加法器的输出端，所述第二加法器的两个输入端分别连接 至参考电压输入端、所述输出电压采样器。
[0006] 进一步地，所述电流环采用电流环控制电路，所述电流环控制电路包括第二加法 器、电流补偿器;所述第二加法器的第一输入端、第二输入端分别连接至所述Boost PFC电 路的输入电流引出端、所述第二乘法器的输出端，所述第二加法器的输出端连接至所述电 流补偿器的输入端，所述电流补偿器的输出端连接至所述Boost PFC电路的驱动开关管。
[0007] 与现有技术相比，本实用新型去掉电感电流采样器，增加输出电流采样器，既不 增加系统成本，又能加快动态响应速度。
【附图说明】
[0008] 图1为本实用新型电路原理框图。
[0009] 图2为本实用新型的实施例计算原理框图。
[0010] 图3为本实用新型的实施例参数采样示意图。
[0011] 图4为本实用新型的实施例电感电流计算值波形图。
[0012] 图5为本实用新型的实施例实际电感电流采样值波形图。
[0013] 图6为本实用新型的实施例实际电感电流波形图。
[0014] 图7为本实用新型的实施例负载突变时的输出电压和电感电流波形图。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。
[0016] 如图1所示，本实施例提供了一种Boost PFC电路的单电流采样器闭环控制装置， 包括采用电压环与电流环双环控制的Boost PFC电路，还包括用以采集所述Boost PFC电路 输出电流的输出电流采样器、用以采集所述Boost PFC电路输出电压的输出电压采样器、用 以采集所述Boost PFC电路输入电压的输入电压采样器、单片机、乘法器、比较器;所述输出 电流采样器、输出电压采样器、输入电压采样器的输出端均连接至所述单片机;所述乘法器 的第一输入端、第二输入端分别连接至所述输入电压采样器、电压环控制电路的电压补偿 器的输出端，所述比较器的第一输入端、第二输入端分别连接至所述乘法器的输出端、单 片机，所述比较器的输出端连接至所述Boost PFC电路的驱动开关管。
[0017] 在本实施例中，所述电压环采用电压环控制电路，所述电压环控制电路包括第二 乘法器、电压补偿器、加法器，所述第二乘法器的输入端分别连接至所述Boost PFC电路的 输入电压采样器、所述电压补偿器的输出端，所述第二乘法器的输出端连接至电流环控制 电路，所述电压补偿器的输入端连接至加法器的输出端，所述第二加法器的两个输入端分 别连接至参考电压输入端、所述输出电压采样器。
[0018] 在本实施例中，所述电流环采用电流环控制电路，所述电流环控制电路包括第二 加法器、电流补偿器;所述第二加法器的第一输入端、第二输入端分别连接至所述Boost PFC电路的输入电流引出端、所述第二乘法器的输出端，所述第二加法器的输出端连接至所 述电流补偿器的输入端，所述电流补偿器的输出端连接至所述Boost PFC电路的驱动开关 管。
[0019] 较佳地，在本实施例中，对于图2所示的Boost PFC电路，每个开关周期，直流输出 电压的状态平均方程为
[0020] 由上式可推得 贝1JI。由采样得到，U。也由采样得到，而占空比d 可在运算程序中得到，因此可由该式即可计算得到当前的电流iL。
[0021] 该状态方程是输出电压在每个开关周期进行平均变化规律，而并不是任意瞬时的 变化规律，所以上述电流计算公式适合于每个开关周期进行一次采样和计算的离散化数 字控制。
[0022] 每个开关周期来临时，采样一次u。，〗。，送入单片机如图3所示。单片机计算当前开 关周期的k，考虑时序逻辑，在数字控制中，第η个开关周期的占空比需要在该开关周期开 始之前就要计算出来，所以本实施例采用第η - 1个开关周期的占空比来计算第η周期的k。 实际的电流计算公式即为：
[0023]
[0024]上式中，TS为开关周期，η为第η周期的采样值或计算值。
[0025] 将采样到的输入电压Uin和电压环输出G相乘得到参考电流信号irrf。将上式计算得 至_^(1〇作为实际电流，与参考电流i ref相比较，产生所需的占空比d，控制开关管T，如图2 所示。
[0026] 图4为电感电流k的计算值变化波形，图5为每个开关周期进行一次采样的实际采 样电流波形，可见两个波形非常接近。采用该计算值进行控制，而无需电感电流采样，得到 的实际电感电流i L也很接近于正弦，同样起到了功率因数校正的效果，如图6所示。
[0027] 稳态时G等效为输入电导，稳态时即有：= ，Urms为输入电压有效值。
[0028] 负载突变瞬间，输出电容的稳压作用使u。不会马上突变，仍维持在参考值Uref左 右，但阻性负载上的输出电流却可以突变。在负载切换瞬间，根据输入输出之间的功率平衡 关系可得:€ = CZtA > A = ，此时的G。值已经很接近下个稳态时的电压环输出。
[0029] 将上述G。作为前馈，将G。和电压误差补偿器输出相加，补偿器只需很短时间的自适
应调整.就茗钵你售·趋佘_ 雲的mn下忒靳；3
[0030]
[0031] 如图7所示，当负载突变时，输出电压和电感电流能立刻达到稳定状态，期间没发 生较大的波动，系统动态响应得到改善。
[0032] 值得一提的是，本实用新型保护的是电路结构，至于计算方法为根据电路结构推 理得到，不要求保护。以上仅为本实用新型实施例中一个较佳的实施方案。但是，本实用新 型并不限于上述实施方案，凡按本实用新型方案所做的任何均等变化和修饰，所产生的功 能作用未超出本方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。
【主权项】
1. 一种Boost PFC电路的单电流采样器闭环控制装置，包括采用电压环与电流环双环 控制的Boost PFC电路，其特征在于:还包括用以采集所述Boost PFC电路输出电流的输出 电流采样器、用以采集所述Boost PFC电路输出电压的输出电压采样器、用以采集所述 Boost PFC电路输入电压的输入电压采样器、单片机、乘法器、比较器;所述输出电流采样 器、输出电压采样器、输入电压采样器的输出端均连接至所述单片机;所述乘法器的第一输 入端、第二输入端分别连接至所述输入电压采样器、电压环控制电路的电压补偿器的输出 端，所述比较器的第一输入端、第二输入端分别连接至所述乘法器的输出端、单片机，所述 比较器的输出端连接至所述Boost PFC电路的驱动开关管。2. 根据权利要求1所述的一种Boost PFC电路的单电流采样器闭环控制装置，其特征在 于:所述电压环采用电压环控制电路，所述电压环控制电路包括第二乘法器、电压补偿器、 加法器，所述第二乘法器的输入端分别连接至所述Boost PFC电路的输入电压采样器、所述 电压补偿器的输出端，所述第二乘法器的输出端连接至电流环控制电路，所述电压补偿器 的输入端连接至加法器的输出端，第二加法器的两个输入端分别连接至参考电压输入端、 所述输出电压米样器。3. 根据权利要求1所述的一种Boost PFC电路的单电流采样器闭环控制装置，其特征在 于:所述电流环采用电流环控制电路，所述电流环控制电路包括第二加法器、电流补偿器； 第二加法器的第一输入端、第二输入端分别连接至所述Boost PFC电路的输入电流引出端、 第二乘法器的输出端，第二加法器的输出端连接至所述电流补偿器的输入端，所述电流补 偿器的输出端连接至所述Boost PFC电路的驱动开关管。
【文档编号】H02M1/42GK205544920SQ201620243335
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年3月26日
【发明人】陈裕成
【申请人】漳州职业技术学院