一种pfc电流断续模式的峰值电流控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力电子控制领域，特别是一种PFC电流断续模式的峰值电流控制方 法。
【背景技术】
[0002] 在功率因数校正装置中，根据电感电流连续与否，可将PFC分为三种工作模式， 即连续模式（CCM)，临界模式（CRM)，断续模式（DCM)。DCM工作模式具有开关管零电流开 关和升压二极管无反向恢复时间的优点，常用于小功率场合。DCM控制常用开环控制，即 无需对采样电感电流和参考电流进行比较就可得出占空比
'无法对实 际电流进行有效监控。有研宄人员提出采样电流，对上述占空比增加修正一个项d' =kpdf-klj+ki工（IM-klJdt，需要计算修正系数k来得到当前的平均电流％，但是DCM 模式下电流很小，实际电流中的噪声比例较大。因此这两种控制法的精度和抑制干扰的性 能都比较差。
[0003] 峰值控制可对电流进行闭环控制，使用的算法相较简单，无需计算占空比，使用 (PU资源相对较少，将电流限制在峰值曲线以内，在有斜坡补偿时抗干扰能力强，因而在电 力电子领域中应用广泛。峰值电流控制广泛应用于CCM模式下的PFC中，如说明书附图2 所示。但是DCM模式下的应用不多，这是因为DCM时用正弦曲线作为峰值拟合曲线时，每个 开关周期的电流平均值曲线为非正弦形式，造成PF值较低。
[0004] DCM模式下，电感电流如说明书附图3所示。其中T为开关周期，dT为开关管开 通的时间，mT为开关管断开但电流连续的时间。根据伏秒平衡：
叮得
>每个开关周期的实际占空比为4 = ，每个开关周期的电流平均值 U irA 为：
。如果以正弦曲线Ipeak=OTin作为 拟合曲线，则
> 因为Uin是变化的，电感电流平均值和峰值的比值 k并不是常数，而是变化的，在靠近过正弦过零点处时，k更小一些，在正弦峰值处，k最大， 因此Iavg的波形不是正弦波，如说明书附图4所示。显然若用正弦曲线作为峰值拟合曲线， 所得到的电感电流THD较大，PF值较低。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明的目的是提出一种PFC电流断续模式的峰值电流控制方法，克 服了DCM模式下较难使用峰值控制的问题，提高了功率因数。
[0006] 本发明采用以下方案实现：一种PFC电流断续模式的峰值电流控制方法，具体包 括以下步骤：
[0007] 步骤S1 :将交流市电整流后接至一Boost电路，并确定所述Boost电路的开关周 期T、电感L以及输出参考电压UMf，并将所述开关周期T、电感L以及输出参考电压UMf输 入至一控制器中；
[0008] 步骤S2 :采样所述Boost电路的输入电压Uin、输出电压U。以及电感电流Iy并将 所述输入电压Uin、输出电压U。以及电感电流U输入所述控制器中；
[0009] 步骤S3 :所述控制器根据误差UMf-U。得到电导信号G;
[0010] 步骤S4:所述控制器计算得到当前开关周期对应的电流峰值Ipeak，其中
[0011] 步骤S4 :将Ipeak与U相比较，若Ipeak，控制开关管继续导通；若Ipeak，触 发开关管断开信号。
[0012] 进一步的，所述步骤S2中采样所述Boost电路的输入电压Uin、输出电压U。具体包 括以下步骤：
[0013] 步骤S21 :在每个开关周期的初始时刻t触发开关管开通；
[0014] 步骤S22 :每个开关周期采样一次输入电压Uin=Um|sin?t|、输出电压U。。
[0015] 进一步的，所述步骤S3具体为采用PI控制得到所述电导信号G，其中G= kpd-Uj+ki/ (Uref-UQ)dt，其中kp、ki为两个比例积分系数。特别的，本发明的保护范围 不限于用PI控制来得到G。
[0016] 进一步的，所述Boost电路的开关频率固定。
[0017] 进一步的，所述控制器为DSP。
[0018] 特别的，由于本发明的算法需要用到开方计算，一般是采用数字控制较为方便，靠 编写数字处理器（如DSP)的内部程序来实现，但是本发明申请并不被限于如下的数字控制 实施例。
[0019] 与现有技术相比，本发明公开的一种PFC电流断续模式的峰值电流控制方法，适 用于电感电流断续（DCM)时的情形，克服了DCM模式下较难使用峰值控制的问题，提高了功 率因数，并且设计简单，易于实现。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明的原理图。
[0021] 图2为本发明CCM模式的峰值控制原理图。
[0022] 图3为本发明细化的DCM模式时的电感电流波形。
[0023] 图4为本发明细化的DCM模式下用CCM控制策略时的电流波形。
[0024] 图5为本发明DCM模式下用CCM控制策略时的的峰值电流、电感电流、平均电流的 波形。
[0025] 图6为本发明DCM模式下用本发明提出的控制策略时的峰值电流、电感电流、平均 电流的波形。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
[0027] 如图1所示，本实施例提供了一种PFC电流断续模式的峰值电流控制方法，为便于 分析，本发明的文本说明把采样系数都当做1的来处理，其具体包括以下步骤：
[0028] 步骤S1:将交流市电整流后接至一Boost电路，并确定所述Boost电路的开关周 期T、电感L以及输出参考电压UMf，并将所述开关周期T、电感L以及输出参考电压UMf输 入至一控制器中；
[0029] 步骤S2:采样所述Boost电路的输入电压Uin、输出电压U。以及电感电流Iy并将 所述输入电压Uin、输出电压U。以及电感电流U输入所述控制器中；
[0030] 步骤S3 :所述控制器根据误差UMf-U。得到电导信号G;G在稳态时近似为常数，可 看做是等效的输入电导；
[0031] 步骤S4:所述控制器计算得到当前开关周期对应的电流峰值Ipeak，其中
:较佳地，稳态时U。近似等于uMf， 的U。可用ur6f来代替；
[0032] 步骤S4:将1_与U相比较，若I'Ipeak，控制开关管继续导通；若IfIpeak，触 发开关管断开信号，此时IJf始线性下降，
[0033] 在本实施例中，所述步骤S2中采样所述Boost电路的输入电压Uin、输出电压U。具 体包括以下步骤：
[0034] 步骤S21:在每个开关周期的初始时刻t触发开关管开通；此时电感电流、线性 上升；
[0035] 步骤S22:每个开关周期采样一次输入电压Uin=Um|sin?t|、输出电压U。。较佳 地，由于开关频率远大于市电频率，每个开关周期内，Uin和U。可看做是常数。
[0036] 在本实施例中，所述步骤S3具体为采用PI控制得到所述电导信号G，其中G= kpd-uj+h/ (Uref-UQ)dt，其中kp、&为两个比例积分系数。特别的，本发明的保护范围 不限于用PI控制来得到G。
[0037] 在本实施例中，所述Boost电路的开关频率固定。
[0038] 在本实施例中，所述控制器为DSP。
[0039] 较佳地，由于每个开关周期的初始时刻，电感电流为0,得每个开关周期的实际占 空比为
[0040] 在电感电流下降至0时，下一个开关周期尚未到来，于是就出现了断续区段 (l-m-d)T，根据伏秒平衡可得m和d的关系
，其中m 为续流时间。
[0041] 将-
，得Iavg = CTin，可见每个开关周期的电流平均值Iavg和输入电压之比为常数G，也即电流平均值呈正 弦规律变化，实现了电流对输入电压波形的跟踪，提高了PF值。
[0042] 图5为用CCM模式下的Ipeak=⑶in作为峰值拟合曲线时，电流平均值不是正弦形 式，畸变较大。在正弦峰值处，Iavg和IpMk比值最大，所以出现了少许电流连续区段，在电流 足够小时，该区段消失，全部进入断续。
[0043] 较佳地，图6为用本发明提出的
=为峰值拟合曲线时， 电流平均值很接近正弦。本发明适合于电压电流双环控制中，以电压环输出的正弦信号GUin 作为参考电流，功率因数校正的目的就是电感电流波形跟踪该正弦信号。
[0044] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与 修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【主权项】
1. 一种PFC电流断续模式的峰值电流控制方法，其特征在于包括W下步骤： 步骤S1 ;将交流市电整流后接至一Boost电路，并确定所述Boost电路的开关周期T、 电感LW及输出参考电压Uuf，并将所述开关周期T、电感LW及输出参考电压Uuf输入至一 控制器中； 步骤S2 ;采样所述Boost电路的输入电压Ui。、输出电压U。^及电感电流U，并将所述 输入电压Ui。、输出电压U。^及电感电流I滿!1入所述控制器中； 步骤S3 ;所述控制器根据误差Uuf-U。得到电导信号G; 步骤S4 :所述控制器计算得到当前开关周期对应的电流峰值Ip,ak，其中步骤S4 ;将Ipeak与IL相比较，若IL<Ipeak，控制开关管继续导通诺Il=Ipeak，触发开 关管断开信号。2. 根据权利要求1所述的一种PFC电流断续模式的峰值电流控制方法，其特征在于： 所述步骤S2中采样所述Boost电路的输入电压Ui。、输出电压U。具体包括W下步骤： 步骤S21 ;在每个开关周期的初始时刻t触发开关管开通； 步骤S22 ;每个开关周期采样一次输入电压Uh=Um|sin?t|、输出电压U。。3. 根据权利要求1所述的一种PFC电流断续模式的峰值电流控制方法，其特征在于： 所述Boost电路的开关频率固定。4. 根据权利要求1所述的一种PFC电流断续模式的峰值电流控制方法，其特征在于： 所述控制器为DSP。
【专利摘要】本发明涉及一种PFC电流断续模式的峰值电流控制方法，将交流市电整流后接至一Boost电路，将Boost电路的开关周期T、电感L以及输出参考电压Uref、输入电压Uin、输出电压Uo以及电感电流IL输入控制器中；控制器计算得到当前开关周期对应的电流峰值Ipeak，将Ipeak与IL相比较，并控制开关管的开关，使每个开关周期电感电流的峰值和此峰值曲线拟合。本发明适用于电感电流断续(DCM)时的情形，克服了DCM模式下较难使用峰值控制的问题，提高了功率因数，并且设计简单，易于实现。
【IPC分类】H02M7/217, H02M1/42
【公开号】CN104935159
【申请号】CN201510332268
【发明人】王武, 闫凯歌, 林琼斌, 蔡逢煌, 柴勤勤
【申请人】福州大学
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年6月16日