CN111600476B - 一种pfc电路控制信号的调节***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种PFC电路控制信号的调节***和方法，所述***包括前馈模块、前馈系数调节模块、电流电压控制环路及PFC控制信号生成模块，所述前馈模块用于根据市电输入电压得到前馈占空比；所述前馈系数调节模块用于根据市电输入电压生成用于对前馈占空比进行调节的前馈调节系数F，并采用所述前馈调节系数F对前馈占空比进行调节；所述电流电压控制环路用于根据PFC电路的输出电压、输出电流生成环路占空比；所述PFC控制信号生成模块用于根据所述前馈系数调节模块调节后的前馈占空比和所述电流电压控制环路输出的环路占空比得到PFC电路的控制信号占空比。采用本发明的技术方案，可以防止因为PFC电流出现过流故障。

Description

一种PFC电路控制信号的调节***和方法

技术领域

本发明涉及PFC电路领域，尤其涉及一种PFC电路控制信号的调节***和方法。

背景技术

PFC电路主要目的为提高电源产品及用电器的THD及PF指标，最为重要的表现就是电网适应性的好坏。电网会出现各种各样的问题，其中最为主要的是电网激变，轻则让电器不能正常工作，重则会烧坏电器设备甚至破坏电网。在面对电网突变的情况下，PFC电路是否能及时完成动态调节过程以适应电网的变化是以保证正常工作是最为重要的。

图1是常用的典型PFC控制框图，是由前馈模块和电压电流控制环路（前馈加双环路）两部分组成，将前馈模块的输出和电压电流控制环路的输出进行叠加，来生成控制控制PFC电路的脉冲信号的占空比。

在图1所示的PFC电路的控制***中，为了实现电流跟随电压，电流指令要包含电压的频率和相位信息，使用了锁相模块。锁相模块在跟踪市电变化时会有一定的时间的延时，一般为一到几个市电周期。而电网突变时是在一瞬间。所述前馈模块输出占空比的表达式为(Vout-Vin)/Vout。式中Vout为PFC电路输出电压，Vin是市电输入电压。当市电突变时，占空比d会瞬间变化。一旦出现输入市电突变，由于前馈模块能直接根据市电而提前于环路动作，而电压电流控制环路的输出滞后，因此就有可能出现整体输出的占空比大于1（即PFC电路中的PFC开关管常通）的情况，从而有可能由于占空比过大而导致过流保护。

发明内容

本发明的目的是针对现有的PFC电路对电网激变的适应性不佳的技术问题，提供了一种PFC电路控制信号的调节***和方法。

本发明实施例中，提供了一种PFC电路控制信号的调节***，其包括前馈模块、前馈系数调节模块、电流电压控制环路及PFC控制信号生成模块，

所述前馈模块用于根据市电输入电压得到前馈占空比Dforward；

所述前馈系数调节模块用于根据市电输入电压生成用于对前馈占空比Dforward进行调节的前馈调节系数F，并采用所述前馈调节系数F对前馈占空比Dforward进行调节；

所述电流电压控制环路用于根据PFC电路的输出电压Vfed、输出电流Ifed生成环路占空比Dloop；

所述PFC控制信号生成模块用于根据所述前馈系数调节模块调节后的前馈占空比和所述电流电压控制环路输出的环路占空比Dloop得到PFC电路的控制信号占空比Dpfc，计算公式如下：

Dpfc=Dloop+Dforward*F。

本发明实施例中，所述所述前馈模块计算前馈占空比Dforward的公式如下：

Dforward= (Vout-Vin)/ Vout，

其中，Vout为PFC电路的输出电压，Vin是市电输入电压。

本发明实施例中，所述电流电压控制环路包括锁相模块、电压PI调节器及电流PI调节器，

所述锁相模块用于输出市电的相位信息；

所述电压PI调节器用于对PFC电路的输出电压Vfed和设定的指令电压Vref的差值进行PI调节，所述电压PI调节器输出的电流信号根据所述锁相模块输出的相位信息得到指令电流Iref；

所述电流PI调节器用于对PFC电路的输出电流Ifed和所述指令电流Iref的差值进行PI调节，得到所述电流电压控制环路输出的环路占空比Dloop。

本发明实施例中，所述前馈系数调节模块根据市电输入电压生成前馈调节系数F的过程包括：

检测输入的市电电压；

当市电电压Vin为所述PFC电路的最大工作电压Vmax时，所述前馈系数F= Fmax，其中，Fmax为预先设置的与所述最大电压对应的系数;

当市电电压Vin为所述PFC电路的最小工作电压Vmin时，所述前馈系数F= Fmin，其中，Fmin为设预先设置的所述最小电压对应的系数；

当市电电压Vin在Vmin和Vmax之间时，所述前馈系数F的计算方式如下：

F=Vin* (Fmax-Fmin)/( Vmax-Vmin)。

本发明实施例中，还提供了一种PFC电路控制信号的调节方法，其包括：

根据市电输入电压得到前馈占空比Dforward；

根据市电输入电压生成用于对前馈占空比Dforward进行调节的前馈调节系数F，并采用所述前馈调节系数F对前馈占空比Dforward进行调节；

根据PFC电路的输出电压Vfed、输出电流Ifed进行环路调节，生成环路占空比Dloop；

根据所述前馈系数调节模块调节后的前馈占空比和所述电流电压控制环路输出的环路占空比Dloop得到PFC电路的控制信号占空比Dpfc，计算公式如下：

Dpfc=Dloop+Dforward*F。

本发明实施例中，根据市电输入电压得到前馈占空比Dforward的公式如下：

Dforward= (Vout-Vin)/ Vout，

其中，Vout为PFC电路的输出电压，Vin是市电输入电压。

本发明实施例中，根据PFC电路的输出电压Vfed、输出电流Ifed进行环路调节，生成环路占空比Dloop的过程包括：，

采用电压PI调节器对PFC电路的输出电压Vfed和设定的指令电压Vref的差值进行PI调节；

根据所述电压PI调节器输出的电流信号和市电的相位信息得到指令电流Iref；

采用电流PI调节器用于对PFC电路的输出电流Ifed和所述指令电流Iref的差值进行PI调节，得到所述电流电压控制环路输出的环路占空比Dloop。

本发明实施例中，根据市电输入电压生成前馈调节系数F的过程包括：

检测输入的市电电压；

当市电电压Vin为所述PFC电路的最大工作电压Vmax时，所述前馈系数F= Fmax，其中，Fmax为预先设置的与所述最大电压对应的系数;

当市电电压Vin为所述PFC电路的最小工作电压Vmin时，所述前馈系数F= Fmin，其中，Fmin为设预先设置的所述最小电压对应的系数；

当市电电压Vin在Vmin和Vmax之间时，所述前馈系数F的计算方式如下：

F=Vin* (Fmax-Fmin)/( Vmax-Vmin)。

与现有技术相比较，本发明的PFC电路控制信号的调节***和方法中，通过对前馈系数进行动态调节，前馈占空比控制在合适的范围内，PFC电路不会出现过流的情况，在市电突变时，及时的限制前馈输出占空比的最大值,通过根据市电输入电压和双环路的输出加以动态调节前馈占空比，在加快PFC电路响应动作变化的同时，可以避免过流保护。

附图说明

图1是现有技术的PFC电路控制信号的调节***的结构示意图；

图2是本发明实施例的PFC电路控制信号的调节***的结构示意图；

图3是图2是本发明实施例的PFC电路前馈系数的调节方法的流程图。

具体实施方式

如图2所示，在本发明实施例提供的PFC电路控制信号的调节***包括前馈模块、前馈系数调节模块、电流电压控制环路及PFC控制信号生成模块。所述前馈模块用于根据市电的变化得到前馈占空比Dforward。所述前馈系数调节模块用于根据市电的电压生成用于对前馈占空比Dforward进行调节的前馈调节系数F，并采用所述前馈调节系数F对前馈占空比Dforward进行调节。所述电流电压控制环路用于根据PFC电路的输出电压Vfed、输出电流Ifed生成环路占空比Dloop。所述PFC控制信号生成模块用于根据所述前馈系数调节模块调节后的前馈占空比和所述电流电压控制环路输出的环路占空比Dloop得到PFC电路的控制信号占空比Dpfc，具体计算公式如下：

Dpfc=Dloop+Dforward*F。

所述前馈模块用于根据市电的变化得到前馈占空比信号Dforward，前馈占空比Dforward的计算公式如下：

Dforward= (Vout-Vin)/ Vout，

其中，Vout为PFC电路的输出电压，Vin是市电输入电压。

所述电流电压控制环路用于根据PFC电路的输出电压Vfed、输出电流Ifed、设定的指令电压Vref及市电的相位信息进行双环路调节，输出环路占空比Dloop。所述电流电压控制环路包括锁相模块、电压PI调节器及电流PI调节器。所述电压PI调节器用于对PFC电路的输出电压Vfed和设定的指令电压Vref进行PI调节，所述电压PI调节器输出的电流信号根据所述锁相模块输出的相位信息得到指令电流Iref。所述电流PI调节器用于对PFC电路的输出电流Ifed和所述指令电流Iref进行PI调节，得到所述电流电压控制环路输出的环路占空比Dloop。

所述前馈系数调节模块用于根据输入市电电压的大小来得到前馈占空比dForward的调节系数F，对所述前馈占空比Dforward进行动态调节，当市电变化时动态调节前馈占空比Dforward，使PFC电路的控制信号占空比Dpfc在合适的范围内，从而使得PFC电路输出不会过流。

需要说明的是，在不引入所述前馈系数调节模块的情况下， PFC电路的控制信号占空比Dpfc=Dloop+Dforward。在输入市电电压变化时前馈占空比Dforward会立即变化。所述电流电压控制环路输出的环路占空比Dloop在响应输入市电变化时的过程如下：第一步，由于市电变大（或者变小），使得PFC电路输出电压变大（或者变小）；第二步，由于PFC输出电压变大（或者变小）经过取样回到环路的反馈电压VFed变大（或者变小），导致电压控制环路出现负误差（或者正误差）；第三步，控制环路的作用是消去误差，因此会根据误差调节输出环路占空比Dloop。可见环路的调节需要时间，会滞后于输入市电电压的变化。当市电变化时，PFC电路的控制信号占空比会因为前馈的及时响应和环路调节延时，使得PFC电路的工作占空比会过大而导致过流。

图3为所述前馈系数调节模块实现动态调节前馈系数算法示意图。具体过程如下：

检测输入的市电电压；

当市电电压Vin为所述PFC电路的最大工作电压Vmax时，所述前馈系数F= Fmax，其中，Fmax为预先设置的与所述最大电压对应的系数;

当市电电压Vin为所述PFC电路的最小工作电压Vmin时，所述前馈系数F= Fmin，其中，Fmin为设预先设置的所述最小电压对应的系数；

当市电电压Vin在Vmin和Vmax之间时，所述前馈系数F的计算方式如下：

F=Vin* (Fmax-Fmin)/( Vmax-Vmin)。

需要说明的是，PFC电路通常都具有一个电压工作区间（Vmin,Vmax），用于对市电电压的突然变化进行调节。因此，在本发明实施例中，通过预先设置PFC电路的最大工作电压和最小工作电压处的前馈系数Fmax、Fmin，使得此时计算得到的前馈占空比在合适的范围内，PFC电路输出不会过流。由于市电在PFC电路的极限电压时都不会过流，在PFC电路的工作电压区间内，根据上述公式计算出前馈系数，使得PFC电路的工作电压区间内也不会存在过流的问题。

综上所述，本发明的PFC电路控制信号的调节***和方法中，通过对前馈系数进行动态调节，前馈占空比控制在合适的范围内，PFC电路不会出现过流的情况，在市电突变时，及时的限制前馈输出占空比的最大值,通过根据市电输入电压和双环路的输出加以动态调节前馈占空比，在加快PFC电路响应动作变化的同时，可以避免过流保护。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种PFC电路控制信号的调节***，其特征在于，包括前馈模块、前馈系数调节模块、电流电压控制环路及PFC控制信号生成模块，

所述前馈模块用于根据市电输入电压得到前馈占空比Dforward；

所述前馈系数调节模块用于根据市电输入电压生成用于对前馈占空比Dforward进行调节的前馈调节系数F，并采用所述前馈调节系数F对前馈占空比Dforward进行调节；

所述电流电压控制环路用于根据PFC电路的输出电压Vfed、输出电流Ifed生成环路占空比Dloop；

所述PFC控制信号生成模块用于根据所述前馈系数调节模块调节后的前馈占空比和所述电流电压控制环路输出的环路占空比Dloop得到PFC电路的控制信号占空比Dpfc，计算公式如下：

Dpfc=Dloop+Dforward*F，

所述前馈系数调节模块根据市电输入电压生成前馈调节系数F的过程包括：

检测输入的市电电压；

当市电电压Vin为所述PFC电路的最大工作电压Vmax时，所述前馈调节系数F= Fmax，其中，Fmax为预先设置的所述最大工作电压Vmax对应的系数;

当市电电压Vin为所述PFC电路的最小工作电压Vmin时，所述前馈调节系数F= Fmin，其中，Fmin为设预先设置的所述最小工作电压Vmin对应的系数；

当市电电压Vin在Vmin和Vmax之间时，所述前馈调节系数F的计算方式如下：

F=Vin* (Fmax-Fmin)/( Vmax-Vmin)。

2.如权利要求1所述的PFC电路控制信号的调节***，其特征在于，所述前馈模块计算前馈占空比Dforward的公式如下：

Dforward=(Vout-Vin)/ Vout，

其中，Vout为PFC电路的输出电压，Vin是市电输入电压。

3.如权利要求1所述的PFC电路控制信号的调节***，其特征在于，所述电流电压控制环路包括锁相模块、电压PI调节器及电流PI调节器，

所述锁相模块用于输出市电的相位信息；

所述电压PI调节器用于对PFC电路的输出电压Vfed和设定的指令电压Vref的差值进行PI调节，所述电压PI调节器输出的电流信号根据所述锁相模块输出的相位信息得到指令电流Iref；

所述电流PI调节器用于对PFC电路的输出电流Ifed和所述指令电流Iref的差值进行PI调节，得到所述电流电压控制环路输出的环路占空比Dloop。

4.一种PFC电路控制信号的调节方法，其特征在于，包括：

根据市电输入电压得到前馈占空比Dforward；

根据市电输入电压生成用于对前馈占空比Dforward进行调节的前馈调节系数F，并采用所述前馈调节系数F对前馈占空比Dforward进行调节；

根据PFC电路的输出电压Vfed、输出电流Ifed进行环路调节，生成环路占空比Dloop；

根据所述前馈调节系数F调节后的前馈占空比Dforward和所述环路占空比Dloop得到PFC电路的控制信号占空比Dpfc，计算公式如下：

Dpfc=Dloop+Dforward*F，

其中，根据市电输入电压生成前馈调节系数F的过程包括：

检测输入的市电电压；

当市电电压Vin为所述PFC电路的最大工作电压Vmax时，所述前馈调节系数F= Fmax，其中，Fmax为预先设置的所述最大工作电压Vmax对应的系数;

当市电电压Vin为所述PFC电路的最小工作电压Vmin时，所述前馈调节系数F= Fmin，其中，Fmin为设预先设置的所述最小工作电压Vmin对应的系数；

当市电电压Vin在Vmin和Vmax之间时，所述前馈调节系数F的计算方式如下：

F=Vin* (Fmax-Fmin)/( Vmax-Vmin)。

5.如权利要求4所述的PFC电路控制信号的调节方法，其特征在于，根据市电输入电压得到前馈占空比Dforward的公式如下：

Dforward=(Vout-Vin)/ Vout，

其中，Vout为PFC电路的输出电压，Vin是市电输入电压。

6.如权利要求4所述的PFC电路控制信号的调节方法，其特征在于，根据PFC电路的输出电压Vfed、输出电流Ifed进行环路调节，生成环路占空比Dloop的过程包括：

采用电压PI调节器对PFC电路的输出电压Vfed和设定的指令电压Vref的差值进行PI调节；

根据所述电压PI调节器输出的电流信号和市电的相位信息得到指令电流Iref；

采用电流PI调节器用于对PFC电路的输出电流Ifed和所述指令电流Iref的差值进行PI调节，得到环路占空比Dloop。