[发明专利]含有源储能单元型Boost PFC的优化控制方法

说明书

本发明公开了一种含有源储能单元型Boost PFC的优化控制方法，属于AC‑DC功率变换领域。针对传统Boost PFC平均电流控制方法中整流桥输出电压作为正弦基准造成的基准畸变问题；利用方波调理电路将输入正弦电压转化为方波信号，数字控制器捕获方波信号的上升与下降沿，再根据防误捕获锁相算法生成纯净的正弦信号作为正弦基准，以改善基准畸变问题。并在生成正弦基准控制方法的基础上推导出输入前馈与载前馈算法，以改善输出电压抗输入与负载扰动的能力和轻载切相算法的切相速度。所述方法，由生成的正弦信号与输出电流，推导出有源储能单元输入电流参考基准，节省采样有源储能单元输入电流参考的带通滤波器电路，且变换器功率密度与效率均得到改善。

技术领域

本发明属于功率变换技术领域，特别是涉及AC-DC功率变换技术领域。

背景技术

电能是当前社会最重要的能源之一，其中交流电网占据主导地位。然而日常生活中直流电广泛应用于许多场合，如计算机电源、服务器电源、通信电源以及电动汽车充电桩等场合。近年来，云计算、通信、电动汽车等行业迅猛发展，人们对直流电的需求也与日俱增，对变换装置的效率、功率密度、电能质量也提出越来越高的要求。

单相AC-DC整流拓扑中最常用的就是Boost PFC。其交错并联Boost PFC由于交错的多相可以将热源的平均分配，提高变换器可靠性，这也有利于减小散热器件的体积，提高功率密度。“轻载切相”技术根据输出功率等级改变电路中实际的工作的相数使变换器系统始终工作于效率优化点，从而达到提高轻载效率的目的。

然而单相整流器均是脉动地传递能量，这将在输出侧引入二倍输入电压频率的纹波电流，该电流对输出电容周期性的充放电，输出电压会以跟随纹波电流进行周期性的变化，输出电压的变化量与输出电容容值呈负相关。因此在超低输出电压纹波场合，需采用有源储能单元对二次纹波电流进行吸收以减小输出电容容值，提高功率密度。其中Buck/Boost型有源储能单元由于其正向降压性质使得开关管耐压和电容耐压均不超过输出母线电压，这将对电容的体积和开关管的效率有极大的改善。

Boost PFC控制方式有平均电流控制、峰值电流控制、滞环控制等方式。按电感电流波形，有可分为连续CCM、断续DCM、临界连续BCM。其中CCM型平均电流控制由于其优异的EMI、THD性能在大功率场合被广泛运用。但传统的CCM型平均电流控制需采样整流桥输出电压作为电流波形基准，这将带来基准含谐波和畸变问题。同时由于传统的电压电流双闭环控制中要求电压环带宽很低，这将使输出电压的调节速度被限制，在负载跳变和输入跳变时将导致输出电压较大的振荡。同时切相时为减小切相对输出电压的影响，通常需各相占空比配合缓慢变化，这将直接导致切相速度慢的问题。

Buck/Boost型有源储能单元工作于较低损耗的DCM模式，占空比则可根据母线电压，有源储能单元的储能电容上电压，有源储能单元的电感量，开关周期直接以输入电流基准由控制器计算得到，然而其输入电流基准需带通滤波器对母线输出电流进行处理后得到，Buck/Boost型有源储能单元的采样调理电路极为复杂。

发明内容

本发明针对目前Boost PFC控制方法中正弦基准畸变；Boost PFC动态响应慢，切相速度慢；以及Buck/Boost型有源储能单元控制采样调理电路复杂等问题进行改进。

本发明通过以下方案进行实施：

一种含有源储能单元型Boost PFC的优化控制方法，电路组成主要包括：EMI滤波器、有源整流桥、交错并联Boost PFC变换器、方波信号调理电路、Buck/Boost型有源储能单元和控制器，该控制方法主要步骤如下：

1).生成参考正弦信号|sin(wt)|与-cos(wt)；