基于锁相环和混合导通占空比的图腾柱PFC预测控制方法

本发明涉及图腾柱pfc电路，具体为基于锁相环和混合导通占空比的图腾柱pfc预测控制方法。

背景技术：

1、随着宽禁带器件的发展，图腾柱pfc电路在现今的应用越来越广泛，在需要双向运行的车载obc中，以及5g基站储能备用电源，便携式储能电源等典型应用中，它是典型的前级运行拓扑，其中图腾柱pfc拓扑可以将整流的电压进行升压，倍压电路能够将整流电路输出的电压进行翻倍，但不能升压，两种电路拓扑都有各自的优点，若是简单将两种电路结合，又会导致对电容充电的电流流经开关管的反并联二极管，二极管的管压降大，导致导通损耗大，电压转换效率低，需要对其进行基本的分析和总结，对图腾柱pfc电路进行中介。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于锁相环和混合导通占空比的图腾柱pfc预测控制方法，以解决上述背景技术中提出的图腾柱pfc电路、控制方法、线路板、有桥pfc及无桥pfc结构，能够降低pfc电路的导通损耗，提高电压转换效率的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于锁相环和混合导通占空比的图腾柱pfc预测控制方法，包括图腾柱pfc和控制模块：其中，

3、所述图腾柱pfc根据传统有桥结构、双boost无桥pfc结构及图腾柱pfc结构，所述控制模块根据反向恢复电流及电流路径：

4、在有桥pfc跨过输入电感的电压极性是经过整流的半波正弦电压，极性为固定，电流路径需要经过两个整流桥二极管，并根据所述有桥pfc的导通损耗大，演变出无桥pfc结构和无桥pfc结构，由此减小了整流桥造成的导通损耗，在主开关的驱动下能够对地的低边驱动，能够实施。

5、作为本发明的一种优选技术方案，所述在pfc电路中存在二倍工频纹波，传统的控制方法是一味的减少带宽，使用陷波器改善电压环的动态特性，提升带宽从而在负载变化时输出电压可以快速稳定。

6、作为本发明的一种优选技术方案，所述pfc在锁相方案上选择了改进的广义二阶积分锁相环来进行锁相，在原有的广义二阶积分的基础上加入了自适应滤波器和积分误差修正，使得整个锁相环的准确性大大提高，同时也能一定程度上滤除因输入电压波动引起的谐波干扰和直流偏置问题，使得在输入电压波动范围很大的情况下能够获得更好的输入电流波形参考。

7、作为本发明的一种优选技术方案，所述pfc在负载从轻到重的条件下，电感电流的工作状态也从断续切换到连续，能保证电感电流的平均值是正弦波，并且切换十分平滑不会出现大范围的超调，由此可以获得更好的动态特性。

8、作为本发明的一种优选技术方案，所述图腾柱pfc在电流内环的控制策略中选择了预测控制，这是一种没有pi电流内环的控制方案，在现有的小信号模型的基础上通过对电流环传递函数离散化，获得下一时刻与此时刻占空比的递推关系，减少因为传统数字控制中因为周期延时问题所导致的滞后效应，同时整个控制算法相对于传统的平均电流控制内环只是简单的加减乘除运算，在控制性能上更具快速性，减轻整个dsp或者mcu的运行负担，更具快速性和实时性。

9、作为本发明的一种优选技术方案，所述图腾柱pfc都是让系统运行在ccm硬开关模式下，在ac正半周期，电感电流一直为正，为了避免直通，二者之间留有死区，体二极管由导通状态变到阻断状态，传统的硅的体二极管反向恢复特性是非常差的，在过程中必然会导致比较大的反向恢复损耗，会产生较大的关断振荡电压，当ac电压为负时的情况类似，会产生较大的震荡电压及反向恢复损耗。

10、作为本发明的一种优选技术方案，所述二极管导致的传统图腾柱pfc运行于dcm与ccm模式，限制了其功率范围，并因为损耗问题不能够处于高频率运行状态。

11、作为本发明的一种优选技术方案，所述图腾柱pfc中的mosfet组成的快管，且宽禁带器件本身开关损耗较小，且二极管具有接近于0的反向恢复电荷qrr，能够很好的运行于ccm硬开关模式，能使得整个拓扑应用于较高的频率，应用范围大。

12、现有技术相比，本发明的有益效果是：

13、通过分析图腾柱pfc电路的发展，分析了图腾柱pfc在ccm模式的基本运行原理及主要无源器件输入电感和输出电容计算，讨论了若干ccm模式图腾柱pfc控制中的一些重点，具有降低pfc电路的导通损耗，提高电压转换效率；

14、通过运用了锁相环和混合导通占空比对图腾柱pfc的控制，在输入电压频率变化时同样能得到准确的电压频率，相位差等信息，同时可以改变陷波器的中心频率，使得电压环获得更好的动态特性

技术特征：

1.基于锁相环和混合导通占空比的图腾柱pfc预测控制方法，包括图腾柱pfc模块和控制模块，其特征在于：所述控制模块根据反向恢复电流及电流路径进行判断；在有桥pfc跨过输入电感的电压极性是经过整流的半波正弦电压，极性为固定，电流路径需要经过两个整流桥二极管，并根据所述有桥pfc的导通损耗大，演变出无桥pfc结构和无桥pfc结构，由此减小了整流桥造成的导通损耗。

2.根据权利要求1所述的基于锁相环和混合导通占空比的图腾柱pfc预测控制方法，其特征在于：所述图腾柱pfc模块包括锁相模块，所述锁相模块改进的广义二阶积分锁相环来进行锁相，在原有的广义二阶积分的基础上加入了自适应滤波器和积分误差修正，使得整个锁相环的准确性大大提高，同时也能一定程度上滤除因输入电压波动引起的谐波干扰和直流偏置问题，使得在输入电压波动范围很大的情况下能够获得更好的输入电流波形参考。

3.根据权利要求1所述的基于锁相环和混合导通占空比的图腾柱pfc预测控制方法，其特征在于：所述图腾柱pfc模块在负载从轻到重的条件下，电感电流的工作状态也从断续切换到连续，能保证电感电流的平均值是正弦波，并且切换十分平滑不会出现大范围的超调，由此可以获得更好的动态特性。

4.根据权利要求1所述的基于锁相环和混合导通占空比的图腾柱pfc预测控制方法，其特征在于：所述图腾柱pfc模块在电流内环的控制策略中选择了预测控制，这是一种没有pi电流内环的控制方案，在现有的小信号模型的基础上通过对电流环传递函数离散化，获得下一时刻与此时刻占空比的递推关系，减少因为传统数字控制中因为周期延时问题所导致的滞后效应，同时整个控制算法相对于传统的平均电流控制内环只是简单的加减乘除运算，在控制性能上更具快速性，减轻整个dsp或者mcu的运行负担，更具快速性和实时性。

5.根据权利要求1所述的基于锁相环和混合导通占空比的图腾柱pfc预测控制方法，其特征在于：所述图腾柱pfc模块是系统运行在ccm硬开关模式下，在ac正半周期，电感电流一直为正，为了避免直通，二者之间留有死区，体二极管由导通状态变到阻断状态，传统的硅的体二极管反向恢复特性是非常差的，在过程中必然会导致比较大的反向恢复损耗，会产生较大的关断振荡电压，当ac电压为负时的情况类似，会产生较大的震荡电压及反向恢复损耗。

6.根据权利要求1所述的基于锁相环和混合导通占空比的图腾柱pfc预测控制方法，其特征在于：所述图腾柱pfc模块包括由mosfet组成的快管，且宽禁带器件本身开关损耗较小，且二极管具有接近于0的反向恢复电荷qrr，能够很好的运行于ccm硬开关模式，能使得整个拓扑应用于较高的频率。

技术总结
本发明包括图腾柱PFC模块和控制模块；所述图腾柱PFC根据传统有桥结构、双Boost无桥PFC结构及图腾柱PFC结构，所述控制模块根据反向恢复电流及电流路径：在有桥PFC跨过输入电感的电压极性是经过整流的半波正弦电压，极性为固定，电流路径需要经过两个整流桥二极管，并根据所述有桥PFC的导通损耗大，演变出无桥PFC结构和无桥PFC结构，本发明主要分析了图腾柱PFC在CCM以及DCM模式的基本运行原理及主要无源器件输入电感和输出电容计算，讨论了若干模式图腾柱PFC控制中的一些重点，具有降低PFC电路的导通损耗，提高电压转换效率和功率因数的优势。

技术研发人员：康尔良,薛少聪
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16