[发明专利]三相三电平PFC电路的数字控制系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子电路数字控制技术领域，特别是涉及一种三相三电平PFC电路的数字控制系统及控制方法。 

背景技术

三相三电平功率因数校正（PFC）电路拓扑结构如图1上半部分所示，其中R、S、T是三相交流电压输入，各相输入分别接电感L1、L2、L3，电感另一端分别连接由二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6组成的桥式电路中点A、B、C，二极管D1、D3、D5的N极共同连接至输出电容C_u正极，为电路的正极输出P，二极管D2、D4、D6的P极共同连接至输出电容C_d负极，为电路的负极输出N，S1、S2、S3分别为三相对应的开关管，由若干电力电子器件及其附加电路组成，通过开关管的电流可以是正向流动，也可以是反向流动， S1、S2、S3的其中一边分别连接A、B、C点，另一边均连接到输出电容的中点M，以上电路相互连接构成了三相三电平功率因数校正（PFC）电路。 

目前，三电平PFC电路的控制存在多种方法，中国专利200910145279.1、200710080000.7均提供了空间矢量控制的方法，200910128568.0提供了一种优化开关操作的方法来确保电流的相位与电压一致；国内期刊的文献上也有人提供了单周期（One-Cycle）控制的方法；这些控制方法各有特点，矢量控制是基于数字芯片的一种控制方法，实际中可以灵活应用，适合用于大功率的场合，但其算法相对比较复杂，需要对三相的输入电压、输入电流、输出电压与电流进行采样，增加了装置的复杂度；单周期控制的方法较为简单，无需要采样输入电压，只需要对输入电流、输出电压进行采样，但由于需要实时的输入电流参与比较得到控制量，采用数字芯片实现单周期控制存在较大难度。 

因此，针对现有技术中的存在问题，亟需提供一种算法简单，采样数据较少，并且可以适用于大功率场合的三相三电平PFC电路的数字控制系统及控制方法显得尤为重要。 

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种算法简单、采样数据较少，并且可以适用于大功率场合的三电平PFC电路的数字控制系统及控制方法。 

本发明的目的通过以下技术方案实现： 

三相三电平PFC电路的数字控制系统，包括：

输入相电流采样模块，用于每隔设定时间Tk，采样输入相电流ia、ib、ic；ia、ib、ic分别为R相输入电流、S相输入电流、T相输入电流；

输出电压采样模块，用于采样输出电压Uo；

PID调节器，用于每隔设定时间Tc，根据给定电压Uref将输出电压Uo调节成稳定的电压控制量Uc；

开通时间运算器，用于每隔设定时间Tk，对输入相电流ia、ib、ic和电压控制量Uc进行计算，得到开关S1、S2、S3的开通时间Tona、Tonb、Tonc；

限制比较器，用于获取相应的开通时间变化值并输出，具体方法为：将开通时间Tona、Tonb、Tonc与上一次的开通时间进行比较得到开通时间比较值，判断该开通时间比较值是否超过预先设定的开通时间变化限制值Tstepmax，若是，则该开通时间变化值的输出值为开通时间变化限制值Tstepmax，否则该开通时间变化值的输出值为输出开通时间比较值；

PWM模块，用于根据限制比较器输出的开关S1、S2、S3对应的开通时间变化值更新PWM模块的比较器数值，并对相应的各相开关管进行控制。

三相三电平PFC电路的数字控制方法，包括以下步骤： 

（1）输入相电流采样模块每隔设定时间Tk，采样输入相电流ia、ib、ic，输出电压采样模块采样输出电压；ia、ib、ic分别为R相输入电流、S相输入电流、T相输入电流；

（2）PID调节器每隔设定时间Tc，根据给定电压Uref将输出电压Uo调节成稳定的电压控制量Uc；

（3）开通时间运算器每隔设定时间Tk，对输入相电流ia、ib、ic和电压控制量Uc进行计算，得到开关S1、S2、S3的开通时间Tona、Tonb、Tonc；

（4）限制比较器获取相应的开通时间变化值并输出，具体方法为：将开通时间Tona、Tonb、Tonc与上一次的开通时间进行比较得到开通时间比较值，判断该开通时间比较值是否超过预先设定的开通时间变化限制值Tstepmax，若是，则该开通时间变化值的输出值为开通时间变化限制值Tstepmax，否则该开通时间变化值的输出值为输出开通时间比较值；