[发明专利]一种图腾柱PFC的全数字控制方法及装置

说明书

本发明公开了一种图腾柱PFC的全数字控制方法及装置，包括：通过采样模块获取相应电压电流信息，数字锁相完成后计算输入电压有效值和相位值，通过电压外环调节器和电流内环调节器对误差信号进行调节，利用占空比前馈对输出占空比进行前馈补偿。本发明通过引入占空比前馈，使得电流内环调节器仅需抑制小信号扰动，大大提高了控制器跟踪工频正弦电流的能力，采集输入电压过零点进行数字锁相，通过查询正弦表获得输入电压相位值，采集输入电压实时值进行有效值计算，利用计算得到的输入电压实时值作为输入电流指令值和前馈占空比计算模块输入值，从而消除了输入电压采样偏差带来的输出占空比扰动，提高了数字控制图腾PFC的抗干扰性和稳定性。

技术领域

本发明属于功率因数校正领域，更具体地，涉及一种图腾柱PFC的全数字控制方法及装置。

背景技术

为了解决电力电子装置对电网造成的谐波污染，功率因数校正(PFC，PowerFactor Correction)技术得到了飞速发展。相对于有桥Boost PFC，无桥Boost PFC效率更高，体积更小，但传统的无桥Boost PFC共模干扰强，EMI较大。图腾Boost PFC作为无桥Boost PFC的一种演变电路，拥有高效率高功率密度，低共模干扰等诸多优势，但是传统的Si MOSFET寄生体二极管反向恢复时间长，反向恢复损耗严重，只能工作在CRM模式下，输入电流纹波和THD较大，限制了图腾PFC的实际应用。由于宽禁带半导体的材料特性，基于GaN的MOSFET寄生体二极管特性更好，可以有效解决上述问题，使图腾PFC工作在CCM模式下，因此随着宽禁带半导体制造工艺的迅速发展，基于GaN MOSFET的图腾PFC近年来又得到了广泛关注。

传统的PFC模拟控制所需外围电路多，设计复杂，可靠性低，而图腾PFC需要采集电感电流，输出电压，输入电压极性等信息，控制装置复杂，因此图腾PFC更适合采用控制方式灵活，设计成本低的数字控制方法。数字控制与模拟控制相比，有控制滞后的缺陷，使得数字控制图腾PFC内环电流环带宽相对模拟控制图腾PFC较低，导致控制器跟踪工频电流能力较差，输入电流THD较大，同时系统稳定裕度小。通过引入占空比前馈可以一定程度解决以上问题，然而由于计算占空比前馈所需信号之一来自直接采集得到的输入实时电压，使得最终的占空比输出容易受到干扰，降低了系统在高压大功率下运行的稳定性。此外，PFC电路一般需要适应85VAC～265VAC的宽输入电压范围，传统的模拟控制由于实时性好，控制参数适应性强，而数字控制若仍采用模拟控制的控制参数设计方法，很难在全电压范围内达到较优的控制效果。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种图腾柱PFC的全数字控制方法及装置，旨在解决现有技术中图腾柱PFC数字控制易被干扰和控制效果不佳的问题。

本发明提供了一种图腾柱PFC的全数字控制方法，包括下述步骤：

(1)采集图腾PFC输入电压V_AC，并当所述输入电压V_AC过零时输出过零检测信号；并捕获所述过零检测信号的翻转边沿，通过在每个输入电压过零时刻进行数字锁相，直到所述输入电压V_AC的过零点与数字控制器内部正弦表过零点无偏差时完成数字锁相；

(2)当锁相完成后通过在数字控制器内部进行输入电压有效值计算获得输入电压有效值V_rms；并根据所述输入电压有效值V_rms的大小选择相应的控制参数对输入电流波形和输出电压大小进行控制；

(3)采集输出电压V_DC，并将所述输出电压V_DC与变换器设定的输出指令电压V_DC-ref做差后获得误差信号V_err，所述误差信号V_err经过电压外环调节器校正后得到输入功率指令P_IN-ref；