[发明专利]一种有源PFC数字控制装置

说明书

为了抑制电源对网侧电流的谐波污染，解决这一问题的重要方法是采用功率因数校正(PFC)技术。本发明为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种应用于宽范围大功率数字电源的PFC控制方法，可实现电源在全范围工作时保持较高的功率因数，并具有快速的动态响应。本发明采用的数字控制器可以根据负载功率的大小，基于宽范围PFC控制策略实时调整控制方法及相关控制参数，主要通过具有低谐波抑制措施的双闭环控制策略和单电流环控制策略两种控制策略，同时满足功率因数校正和输出电压动态响应的要求。

技术领域

本发明涉及一种大功率电源功率因数校正(PFC)控制装置，具体说涉及一种大功率宽范围电源AC/DC环节功率因数校正数字控制装置。

背景技术

随着电力电子技术的快速发展，电力电子装置得到了大规模应用，但同时也带来了无功和谐波污染等问题，这不仅会造成能源的浪费，还会由于发热原因降低设备的可靠性，并且影响其他用电设备的正常使用。为了抑制电源对网侧电流的谐波污染，解决这一问题的重要方法是采用功率因数校正(PFC)技术。功率因数(PF)是指有效功率与视在功率的比值，可以用来衡量电能被有效利用的程度，当功率因素数值越大，代表其电能的利用率就越高。

对于宽范围工作的电源装置，由于模拟PFC芯片的PI调节器参数固定，在某些功率下PI调节器参数与滤波电感不匹配，会出现交越失真现象，导致输入电流的某些次谐波含量超过限制标准。而数字PFC电路可方便地实现更灵活的控制方式，以实现电源在不同的功率下使得滤波电感都能很好地滤除电网的谐波，满足全功率范围内的控制要求。

传统的采用变PI调节器参数的PFC数字控制方法，将整个负载电流范围分为多个工作区间，在不同的电流区间采用不同的比例系数和积分系数。但这种控制方式随电压负载变化需频繁在不同的控制参数间进行切换，稳定性不高。数字控制中采用双闭环控制的平均电流模式尽管具有良好的稳态性能，但它的最大缺点是电压环低通滤波器截止频率设置低(一般为10～20Hz)，这个用来衰减输出电压谐波的措施会降低输出电压对负载变化的动态响应能力。虽然可以通过增大电压环带宽的方式提高动态响应速度，但会使电压环输出含有偶次谐波，这将会使输入电流发生畸变，使得功率因数校正效果变差。

因此，既具有良好的功率因数校正效果又具有快速的动态响应是对控制算法更高的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种应用于宽范围大功率数字电源的PFC控制方法，可实现电源在全范围工作时保持较高的功率因数，并具有快速的动态响应。

本发明所采用的技术方案是：一种有源PFC数字控制装置，包括：Boost电路、隔离采样模块、AD转换模块、数字控制器、隔离驱动模块；交流输入电压U_ac输入至Boost电路，Boost电路输出电压V_FB至负载R₀；隔离采样模块对基于Boost电路的交流输入整流电压V_AC、电感电流I_L、输出电压V_FB进行隔离采样后经AD转换模块处理，发送至数字控制器；数字控制器经过宽范围PFC控制策略运算后产生占空比控制指令，发送至PWM模块，产生PWM信号，经隔离驱动模块控制Boost主电路中的功率开关管Q₁，实现功率因数校正，并将输出电压V_FB控制在设定的目标值。

所述数字控制器包括策略存储模块和PWM产生驱动模块，其中策略存储模块存储宽范围PFC控制策略，宽范围PFC控制策略包含具有低谐波抑制措施的双闭环控制策略、单电流环控制策略及轻重载切换策略。