[发明专利]可变PFC和并网总线电压控制

说明书

技术领域

本发明涉及生成针对功率转换器的补偿信号，该功率转换器包括但不限于功率因数校正(PFC)转换器和并网逆变器。更具体地，本发明涉及用于生成快速环路响应补偿信号的方法和装置，该快速环路响应补偿信号基本上没有二次谐波AC线路频率波纹(通常为100赫兹或120Hz)。

背景技术

图5是用于生成针对功率转换器的补偿信号的示例性现有技术器件。在所示示例中，补偿信号用于功率因数校正(PFC)转换器。PFC转换器使得功率转换器表现为向该功率转换器提供功率的网络的电阻负载。通过让转换器件表现为电阻负载，网络所需的功率对生成的功率被优化，因此系统会比向网络表现出低功率因数负载的功率转换器更加有效并且汲取更少的电流。现有技术PFC调节环路生成针对PFC转换器的缓慢(通常为10Hz-20Hz)补偿信号，用于防止在输出总线上对二次谐波波纹(例如，100Hz或120Hz)的补偿。对二次谐波波纹的补偿减小了PFC转换器的功率因数，所以现有技术PFC调节环路通过将补偿环路减慢至忽略总线上100Hz或120Hz波纹的程度来避开该问题。

图5示出了用于生成针对PFC转换器540的补偿信号536的现有技术电路500。向分压器520、520’提供总线电压542，从而生成定标总线电压521。定标总线电压521输入至误差放大器533的反相输入531中。参考电压源534向误差放大器533的非反相输入532提供参考电压。参考电压源534通常是针对期望总线电压542定标的恒定值。100ms的滤波器补偿网络535响应时间通常足以将二次谐波波纹从定标总线电压521移除，并且产生针对PFC转换器控制器540的误差参考信号536。

从向PFC转换器控制器540输入的补偿信号536移除100Hz/120Hz线路波纹防止了PFC转换器541响应定标总线电压521上的谐波线路波纹。虽然缓慢环路响应允许从参考总线信号中滤除基本上所有的线路频率波纹，但是现有技术设计并不善于限制在向PFC转换器541应用大负载瞬变时引起的瞬变电压偏移(excursion)。图6示出了经受大负载瞬变的常规现有技术PFC转换器系统的各种波形。波形6A示出了作为时间之函数的负载电流的曲线，该曲线包括输出负载中的阶跃。负载电流波形6A对应于在时间400ms向上阶跃并且在时间600ms向下阶跃的恒定功率负载。负载电流中的波纹是总线电压中的变化以及负载以恒定功率操作的这一事实的直接结果。由于PFC转换器通常连接到作为DC到DC转换器的第二级转换器，并且DC到DC转换器起到恒定功率负载的作用，因此图6中所示的曲线对应于典型的设计情况。

波形6B是输入常规现有技术PFC转换器中的AC输入电流的曲线。该AC输入电流的包络线在400ms与大约450ms之间上升。当在600ms处移除AC负载之后，AC输入电流在大约50ms之后回落到负载前水平。

波形6C是耦合到常规现有技术PFC转换器的PFC输出总线电压的曲线。在时刻400ms处，在应用增加的负载时，总线电压在时刻400ms与430ms之间下降大约50伏。该电压降可以导致使得常规现有技术PFC转换器失步的不良副作用。总线电压如图所示在时刻500ms左右伴随一些过冲而得到恢复。在增加的总线负载被移除(t＝600ms)之后，总线电压在时刻600ms与时刻630ms之间过冲30伏左右。总线电压被显示为在大约700ms处恢复回到先前的值。此外，负向电压偏移(图6，曲线6C，400ms至460ms)使得第二级转换器在更大的电压范围上进行操作，因此减少电源在紧随负载瞬变之后的保持时间，以及增加转换器成本并且降低整体转换器效率。为了限制大电压瞬变的效应，在PFC级的输出上安置了大电解电容器，从而导致PFC转换器的成本和大小方面的增加。

由负载瞬变造成的总线电压瞬变可以导致对临时关闭电源的过电压保护。由于缓慢补偿误差信号响应(图6中6D)而产生的不受控制的瞬变的另一结果为电子器件需要第二级转换器(电源)中更大的电压操作范围。

波形6D示出了现有技术系统的补偿信号(图5中的536)，该系统配置用于生成针对PFC转换器的补偿信号。由于补偿误差信号536的缓慢响应时间，PFC转换器540不能快速响应负载瞬变(图6，曲线6A)，这是因为需要不对线路电压二次谐波作出响应。图6中的曲线6D清楚地示出了补偿信号。需要大约60ms的响应时间来响应负载瞬变。