[发明专利]应用于图腾柱式无桥PFC拓扑复用自适应功率解耦控制方法

说明书

本发明属于电力工业领域，旨在提供一种应用于图腾柱式无桥PFC拓扑复用自适应功率解耦控制方法。该方法包括：在每一个控制周期内控制器检测当前电路状态，并根据电路状态和外部传输或内部预设的参考信号产生电路控制信号，保证电路稳定运行在正常PFC工作状态；检测母线电压并传送至控制器，由其计算得到解耦电压参考值用于控制与解耦支路构成Buck电路的被复用桥臂中的开关管动作，将母线侧承受的纹波转移到解耦电容C₂上。本发明的控制方法兼顾了功率解耦和功率因数校正功能，在没有增加多余有源器件和传感器的条件下实现了母线电容容值的减小；可以减小器件成本，提高整机功率密度。可快速响应参考信号变化，自适应控制电路运行以实现功率解耦功能。

技术领域

本发明属于电力工业领域，具体涉及一种应用于图腾柱式无桥PFC拓扑复用的自适应功率解耦控制方法。该方法涉及图腾柱式无桥PFC电路的运行模式控制，特别涉及了针对该电路母线处电容大无法实现高功率密度的技术难题提出了相应的优化策略，适用于拓扑复用、能量双向流动、输入输出的电能质量控制等多个应用场合。

背景技术

电力电子装置在电力系统、工业、交通和家庭中的广泛使用，在造福人类的同时也带来了谐波污染问题。为了提高电网供电质量、抑制谐波污染，功率校正因数校正(PFC)技术应运而生。传统的有源PFC技术通常需要一个整流桥接在电压输入端来获取正弦波绝对值信号作为电流基准。为进一步提升PFC电路效率，业界和学术界提出了多种无桥PFC拓扑，通过去除输入端的整流桥来达到减小导通损耗的目的。其中图腾柱无桥PFC拓扑元器件就其数量少、共模噪声低的特点，具有很好的应用前景。

与此同时，与电网侧相连的AC/DC电路除了需要实现功率因素为1的功能(正向用作功率因素校正，反向用作并网逆变)，其交流侧功率含有较大的二倍工频分量，因此在双向AC/DC电路与双向DC/DC电路之间需要大的储能电容进行功率解耦。大容量电解电容的存在，不仅限制了系统成本的降低和功率密度的提高，同时电解电容作为影响寿命的主要元件，对AC/DC变换器的可靠性有着极为关键的影响。因此，功率解耦技术近年来一直是多个领域的的热点研究问题。

目前PFC技术的现有研究工作中，大多数都是针对单一的电路拓扑与控制策略展开，以改进系统的性能和控制方法。所采用的研究思路也主要是对某一级电路在单一方向下的工作进行优化，或是通过附加额外的电路与控制来实现功能拓展。按此思路获得的技术方案通常存在导致成本增加，与如今高功率应用场合相违背。本发明旨在不加任何额外有源器件及传感器成本的基础上实现功率解耦，提高变换器的使用寿命，降低无源元件成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种应用于图腾柱式无桥PFC拓扑复用自适应功率解耦控制方法。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

本发明提供了一种应用于图腾柱式无桥PFC拓扑复用自适应功率解耦控制电路，包括设于单级式AC/DC变化器或双级式双向AC/DC变化器中的图腾柱式无桥PFC电路，由升压电感L₁、四个开关管S_1～4和母线电容C_bus组成；在网侧电压v_g的阴极侧与图腾柱式无桥PFC电路的桥臂之间接入一个由解耦电容C₂和解耦电感L₂串联而成的解耦支路，该解耦支路还接至整机地；开关管S_1～4组成无桥Boost PFC拓扑，其中一个桥臂的开关管S_1～2充当PFC桥臂，工作在开关频率下用于实现PFC功能；另一个桥臂的开关管S_3～4充当工频管，同时被复用与所述解耦支路构成Buck电路，其开关动作能够将原来由母线电容C_bus承受的电压纹波转移到解耦电容C₂之上，解耦电感L₂则用于能量缓冲；各开关管与控制器通过信号线连接，由后者产生电路信号控制各桥臂中的开关管动作。