[发明专利]一种图腾柱PFC变换器的控制方法、装置及图腾柱PFC变换器

说明书

本发明公开一种图腾柱PFC变换器的控制方法、装置及图腾柱PFC变换器，其中的控制方法包括在每个工作周期获取第一电压信号V_in、第二电压信号V_rms、第三电压信号V_out和第一电流信号I_z；根据第三电压信号V_out和预设电压参考值V_ref得到电压环输出电压V_comp，根据第一电压信号V_in、第二电压信号V_rms、电压环输出电压V_comp、第一电压预设值V_o和第一电流预设值I_f开通高频主管第一导通时间T_on；根据第一电压信号V_in和第一电流预设值I_f确定电感负向电流阈值I_zref，然后根据电感负向电流阈值I_zref和第一电流信号I_z的比较结果关断高频整流管。本发明可解决图腾柱PFC变换器工频交流输入过零附近的交越失真问题，同时实现高频主管全工频周期范围内各工作周期的ZVS。

技术领域

本发明涉及电能变换技术领域，特别涉及一种图腾柱PFC变换器的控制方法、装置及图腾柱PFC变换器。

背景技术

随着电力电子技术的飞速发展，AC-DC变换器用户数量迅速增长，而绝大部分电力电子设备都需要通过整流变换技术将交流电转换为直流电，这导致大量谐波电流注入交流电网，损害交流电网的电能质量。为了减小负载谐波对电网及其它设备的相互影响，每个电子设备的输入电流谐波含量和功率密度都需要满足交流用电设备电流谐波要求。所以，对高功率密度的PFC变换器技术进行研究具有重要意义。

与传统桥式Boost PFC变换器相比，无桥PFC利用开关替代桥臂二极管，减少导通路径开关器件的损耗，从而提高了效率。在各种无桥PFC拓扑中，图腾柱无桥PFC因为采用元器件少、共模噪声小等优点成为主流，图1所示为公知的图腾柱无桥PFC的电路图，包括升压电感L，第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4；其中第一开关管Q1和第二开关管Q2为高频开关管，第三开关管Q3和第四开关管Q4为工频开关管，工频开关管可用二极管替代；具体地：在图腾柱PFC变换器的工频交流正半周期，第一开关管Q1作为高频整流管，第二开关管Q2作为高频主管，第三开关管Q3作为工频开关管保持关断，第四开关管Q4作为工频开关管保持导通；在图腾柱PFC变换器的工频交流负半周期，第一开关管Q1作为高频主管，第二开关管Q2作为高频整流管，第三开关管Q3作为工频开关管保持导通，第四开关管Q4作为工频开关管保持关断。

图腾柱无桥PFC的电路应用在连续导通模式(CCM模式)模式时需要用到GaN器件才能体现效率优势，但当前市场上GaN器件成本较高；在临界导通模式(CRM)和过渡导通模式(TCM)下均可用Si MOS管实现，但在连续导通模式(CRM)高压下无法实现零电压开通(ZVS)特性，不利于高频小体积。而TCM模式最大的特点是存在负向电感电流，可以实现零电压开通(ZVS)。但也存在不足，原因在于：常规PFC控制方法有电流型控制和电压型控制，电流型控制需要采样电感峰值电流，而图腾无桥PFC变换器的峰值电流采样复杂、困难，且成本较高，电压型控制通常依据输出电压的误差信号决定其开关管导通时间，其导通时间在工频周期内保持固定，所以通常也叫固定导通时间控制(COT控制)，COT控制应用在TCM模式时，由于负向电流存在，使得输入电流在工频交流输入过零点附近存在严重畸变，总电流谐波(THD)大，功率因数值(PF值)低。

发明内容

有鉴如此，本发明要解决的技术问题是提供一种基于TCM模式的图腾柱PFC变换器的控制方法、装置及图腾柱PFC变换器，不仅能解决在工频交流输入过零点附近的交越畸变问题，也能实现全工频周期范围内各工作周期的零电压开通。

作为本发明的第一个方面，所提供的图腾柱PFC变换器的控制方法的实施例如下：