[发明专利]一种快速瞬态响应的数字功率因数变换器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及数字功率因数变换器，尤其涉及一种快速瞬态响应的数字功率因数变换器及其控制方法，该变换器能够有效提高功率因数值接近于1，并能够克服数字变换器的时延效应，提高变换器的瞬态响应性能。

背景技术

开关变换器等电力电子装置已经广泛应用于电力系统、工业、交通以及家庭等领域，由此产生的电网侧输入功率因数降低和谐波污染等问题也日趋严重。为了减小谐波污染，保证电网供电质量，提高开关变换器输入端的功率因数，达到节能效果，必须对开关变换器电力电子装置进行功率因数校正。相对与传统模拟功率因数校正变换器，数字校正变换器可以优化控制策略，提高集成度与可靠性，对环境变化具有更强的抗干扰性。校正开关变换器需要在输入电压域范围内功率因数值都能保持在一个接近1的范围内从而降低谐波污染和能量损耗。而且数字变换器的控制环路中存在数据的采样、量化、数据处理、算法补偿、DPWM生成等步骤，环路时延是数字控制系统中的固有缺陷，这也影响了数字功率因数校正变换器的瞬态响应性能。

发明内容

为了提高数字功率因数开关变换器的功率因数值和瞬态响应性能，本发明提供了一种快速瞬态响应的数字功率因数变换器及其控制方法，设置预测控制单元可以解决数字控制环路中存在的时延问题，而占空比修正单元则根据输入电压的实时变化动态修正调节占空比值，可有效提高变换器的功率因数值和瞬态响应性能。

本发明采取的技术方案如下：

一种快速瞬态响应的数字功率因数变换器，其特性在于：设有EMI滤波器、整流电路、Boost型变换器功率级主拓扑结构、两个分压单元、三个A/D采样转换单元、预测控制单元、PID控制单元、占空比修正单元和数字脉冲调制器；

输入交流电压AC连接EMI滤波器的输入端，交流电压AC一端接地，EMI滤波器的输出端与整流电路的输入端连接；

第二分压单元的输入端连接在整流电路的输出端上，也是Boost型变换器功率级主拓扑结构的输入端，由两个分压电阻R₃和R₄串联构成，电阻R₃与R₄的串接端连接第一A/D采样转换单元的输入端，电阻R₃的另一端连接整流电路的一个输出端，电阻R₄的另一端连接整流电路的另一个输出端；

Boost型变换器功率级主拓扑结构包括电感L、MOS管Q、二极管D、电容C和输出负载电阻R，电感L的一端连接整流电路与电阻R₃连接的那个输出端，电感L的另一端连接MOS管Q的漏极和二极管D的正端，二极管D的负端与电容C的一端、输出负载电阻R的一端连接在一起，电容C的另一端、输出负载电阻R的另一端、MOS管Q的源极共同连接整流电路与电阻R₄连接的那个输出端；

第一分压单元的输入端与主拓扑的输出端连接，由两个分压电阻R₁和R₂串联构成，电阻R₁与R₂的串接端连接第三A/D采样转换单元的输入端，电阻R₁的另一端连接主拓扑结构中二极管D的负端，电阻R₂的另一端与MOS管Q的源极以及第二A/D采样转换单元的输入端连接在一起；

第一、第二、第三A/D采样转换单元的输出端分别连接预测控制单元的三个输入端，预测控制单元的输出信号和参考电压信号V_ref共同输入到比较器，比较器分别输出电压误差信号和输出电压误差偏差信号至PID控制单元，第一A/D采样转换单元的输出信号还连接占空比修正单元输入端，占空比修正单元的输出信号与PID控制单元的输出信号经乘法器相乘后连接数字脉冲调制器的输入端，数字脉冲调制器的输出端连接主拓扑结构中MOS管Q的栅极。