CN111614247B - Pfc变换器dcm控制方法、电路及整流器 - Google Patents
Pfc变换器dcm控制方法、电路及整流器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于PFC变换器技术领域,提供一种PFC变换器DCM控制方法、电路及整流器。本发明实施例通过提供一种PFC变换器DCM控制方法,获取PFC变换器在DCM模式下一个开关周期内的第一平均电感电流;获取所述第一平均电感电流与所述PFC变换器在CCM模式下一个开关周期内的第二平均电感电流之间的比例系数;获取所述PFC变换器的采样电流值与所述比例系数的乘积,得到电流反馈控制值;根据所述电流反馈控制值对所述PFC变换器进行反馈控制,可以显著提高PFC变换器的PF值并降低输入电流谐波,使PFC变换器的输出电压范围、电压空载到满载范围内的PF值和输入电流谐波得到显著改善。
Description
技术领域
本发明属于PFC变换器技术领域,尤其涉及一种PFC变换器DCM控制方法、电路及整流器。
背景技术
PFC(Power Factor Correction,功率因数校正)变换器是整流器中常用的功率因数校正电路,通常可以在CCM(continuous current mode,电感电流连续模式)、CRM(critical conduction mode,电感电流临界模式)、DCM(discontinuous current mode,电感电流断续模式)三种模式下工作。由于PFC变换器在DCM模式下具有电子开关管零电流开通、二极管无反向恢复、电子开关管频率固定、控制简单、成本低等优点,在中低压功率场合获得广泛应用,但是其存在谐波含量高、PF(Power Factor,功率因素)值偏低等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种PFC变换器DCM控制方法、电路及整流器,旨在解决现有的PFC变换器在DCM模式下谐波含量高、PF值偏低的问题。
本发明实施例的第一方面提了一种PFC变换器DCM控制方法,包括:
获取PFC变换器在DCM模式下一个开关周期内的第一平均电感电流;
获取所述第一平均电感电流与所述PFC变换器在CCM模式下一个开关周期内的第二平均电感电流之间的比例系数;
获取所述PFC变换器的采样电流值与所述比例系数的乘积,得到电流反馈控制值;
根据所述电流反馈控制值对所述PFC变换器进行反馈控制。
本发明实施例的第二方面提了一种DCM控制电路,包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序,所述处理器用于与所述PFC变换器电连接且在执行计算机程序时实现如本发明实施例的第一方面所述PFC变换器DCM控制方法的步骤。
本发明实施例的第三方面提了一种整流器,包括整流电路、PFC变换器和如本发明实施例的第二方面所述的DCM控制电路,所述PFC变换器与所述整流电路和所述DCM控制电路电连接。
本发明实施例的第四方面提了一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明实施例的第一方面所述PFC变换器DCM控制方法的步骤。
本发明实施例通过提供一种PFC变换器DCM控制方法,获取PFC变换器在DCM模式下一个开关周期内的第一平均电感电流;获取所述第一平均电感电流与所述PFC变换器在CCM模式下一个开关周期内的第二平均电感电流之间的比例系数;获取所述PFC变换器的采样电流值与所述比例系数的乘积,得到电流反馈控制值;根据所述电流反馈控制值对所述PFC变换器进行反馈控制,可以显著提高PFC变换器的PF值并降低输入电流谐波,使PFC变换器的输出电压范围、电压空载到满载范围内的PF值和输入电流谐波得到显著改善。
附图说明
图1为本发明实施例提供的PFC变换器DCM控制方法的第一种流程示意图;
图2为本发明实施例提供的PFC变换器DCM控制方法的第二种流程示意图;
图3为本发明实施例提供的PFC变换器的电路原理图;
图4为本发明实施例提供的PFC变换器的驱动波形的示意图;
图5为本发明实施例提供的PFC变换器DCM控制方法的第三种流程示意图;
图6为本发明实施例提供的PFC变换器DCM控制方法的第四种流程示意图;
图7为本发明实施例提供的第一平均电感电流的波形示意图;
图8为本发明实施例提供的PFC变换器DCM控制方法的第五种流程示意图;
图9为本发明实施例提供的输入电流和电感电流的仿真波形示意图;
图10为本发明实施例提供的输入电流和电网电压的仿真波形示意图;
图11是本发明实施例提供的DCM控制电路的结构示意图;
图12是本发明实施例提供的整流器的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
本发明实施例提供一种PFC变换器DCM控制方法,用于对PFC变换器进行DCM控制,所述方法可以由与PFC变换器电连接的DCM控制电路的处理器来执行。
在应用中,PFC变换器可以是Boost(升压)PFC变换器、无桥PFC变换器、无桥升压PFC变换器等。处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit,CPU),还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。处理器具体可以是PWM(Pulse width modulation,脉冲宽度调制)处理器。
在应用中,DCM控制电路还可以包括与PFC变换器和处理器电连接的电压采样器件、电流采样器件等。
如图1所示,本发明实施例提供的PFC变换器DCM控制方法,包括:
步骤S101、获取PFC变换器在DCM模式下一个开关周期内的第一平均电感电流。
在应用中,第一平均电感电流可以由DCM控制电路的处理器通过电压采样电路和电流采样电路采样PFC变换器的电感电流、输入电压、输出电压等参数,然后根据这些参数计算得到。
如图2所示,在一个实施例中,步骤S101包括:
步骤S201、获取所述PFC变换器的电感电流峰值;
步骤S202、根据所述电感电流峰值、开关周期以及所述PFC变换器的电子开关管在一个开关周期内的导通时间和关断时间,获取所述第一平均电感电流。
在应用中,可以由DCM控制电路的处理器通过电流采样电路采样PFC变换器的电子开关管的一个开关周期内的电感电流,然后根据一个开关周期内的电感电流获得电感峰值电流。
在一个实施例中,步骤S202的表达式为:
其中,IavgDCM为第一平均电感电流,iLb_pk为电感电流峰值,ty为导通时间,tR为关断时间,Ts_pwm为开关周期。
如图3所示,示例性的输出了一种PFC变换器的电路原理图;其中,PFC变换器包括电感Lb、电子开关管Qb、二极管Db、电容器Co和电阻器RLd,电子开关管Qb为N沟道增强型场效应管,电感Lb的一端与全桥二极管整流电路BR的正输出端电连接、另一端与二极管Db的正极和电子开关管Qb的漏极电连接,电子开关管Qb的漏极与全桥二极管整流电路BR的负输出端电连接,电容器Co和电阻器RLd并联在电子开关管Qb的漏极与二极管Db的负极之间,全桥二极管整流电路BR的输入端连接交流电源。
在应用中,交流电源可以是市电电网或者工频交流电网,还可以是任意的能够输出交流电信号的电子电力设备,例如,UPS(Uninterrupted Power Supply,不间断电源)、变频器、光伏逆变器、储能变换器、电动车驱动器等。
如图4所示,示例性的示出了图3所示的PFC变换器的驱动波形的示意图。
参照图4所示的波形示意图,如图5所示,在一个实施例中,步骤S202之前,包括:
步骤S501、在所述电子开关管导通时,根据所述电感电流峰值以及所述PFC变换器的输入电压和电感量,获取所述电子开关管在一个开关周期内的导通时间。
在一个实施例中,步骤S501的表达式为:
其中,Vg为输入电压,Lb为电感量,iLb_pk为电感电流峰值,ty为导通时间。
步骤S502、在所述电子开关管关断时,根据所述电感电流峰值以及所述PFC变换器的输入电压、输出电压和电感量,获取所述电子开关管在一个开关周期内的的关断时间。
在一个实施例中,步骤S502的表达式为:
其中,Vc为输出电压,Vg为输入电压,Lb为电感量,iLb_pk为电感电流峰值,tR为关断时间。
步骤S503、根据所述电子开关管导通时的占空比和所述导通时间,或者,根据所述电子开关管关断时的占空比和所述关断时间,获取开关周期。
ty=Dy*Ts_pwm; (公式四)
tR=DR*Ts_pwm; (公式五)
其中,ty为导通时间,tR为关断时间,DR为电子开关管关断时的占空比,Dy为电子开关管导通时的占空比,Ts_pwm为开关周期。
如图6所示,在一个实施例中,步骤S101包括:
步骤S601、根据所述PFC变换器的电感电流峰值、输入电压和输出电压以及所述PFC变换器的电子开关管导通时的占空比,获取所述第一平均电感电流。
在一个实施例中,步骤S501的表达式为:
其中,IavgDCM为第一平均电感电流,iLb_pk为电感电流峰值,Dy为电子开关管导通时的占空比,Vg为输入电压,Vc为输出电压。
在应用中,将公式二、公式三、公式四和公式五代入公式一可得公式六,由此,可以通过DCM控制电路的处理器通过电流采样电路采样电感电流以获得电感电流峰值,通过电压采样电路采样输入电压和输出电压,并结合已知的PFC变换器的电子开关管导通时的占空比,代入公式六计算得到第一平均电感电流。
步骤S102、获取所述第一平均电感电流与所述PFC变换器在CCM模式下一个开关周期内的第二平均电感电流之间的比例系数。
在一个实施例中,所述PFC变换器在CCM模式下一个开关周期内的第二平均电感电流的表达式为:
IavgCCM=0.5*iLb_pk; (公式七)
其中,IavgCCM为第二平均电感电流,iLb_pk为电感峰值电流。
在应用中,将公式七代入公式六,即可得到第一平均电感电流与第二平均电感电流之间的关系式。
在一个实施例中,第一平均电感电流与第二平均电感电流之间的关系式为:
其中,IavgDCM为第一平均电感电流,IavgCCM为第二平均电感电流,iLb_pk为电感电流峰值,Dy为电子开关管导通时的占空比,Vg为输入电压,Vc为输出电压。
如图7所示,示例性的示出了基于公式八得到的第一平均电感电流的波形图;其中,iLb为输入电流,采样电流值为电流上升沿的中点值,iLb_av为第一平均电感电流,iLb_pk为电感电流峰值。
在应用中,根据第一平均电感电流与第二平均电感电流之间的关系式,即公式八,可以获得第一平均电感电流与第二平均电感电流之间的比例系数
在一个实施例中,步骤S102的表达式为:
其中,KDCM/CCM为比例系数,IavgDCM为第一平均电感电流,IavgCCM为第二平均电感电流,iLb_pk为电感电流峰值,Dy为电子开关管导通时的占空比,Vg为输入电压,Vc为输出电压。
步骤S103、获取所述PFC变换器的采样电流值与所述比例系数的乘积,得到电流反馈控制值。
在应用中,采样电流值即为PFC变换器的输出电流的采样电流值。可以通过DCM控制电路的处理器通过电流采样电路采样得到,然后通过乘法器计算采样电流值与比例系数的乘积,得到电流反馈控制值。
步骤S104、根据所述电流反馈控制值对所述PFC变换器进行反馈控制。
在应用中,DCM控制电路的处理器根据电流反馈控制值对PFC变换器的电子开关管的栅极进行驱动控制。
如图8所示,在一个实施例中,步骤S104之后,还包括:
步骤S801、获取所述PFC变换器在CCM模式下的前馈值与所述比例系数的乘积,得到前馈控制值。
在应用中,所述前馈值为所述PFC变换器在CCM模式下的输入电压的占空比。可以通过DCM控制电路的处理器通过通过乘法器计算已知的前馈值与比例系数的乘积,得到前馈控制值。
在一个实施例中,所述PFC变换器在CCM模式下的前馈值的表达式如下:
其中,D为CCM模式下的前馈值,Vg为输入电压,Vc为输出电压。
在应用中,根据公式十和比例系数可以计算得到PFC变换器在DCM模式下的前馈值。
在一个实施例中,所述PFC变换器在DCM模式下的前馈值的表达式如下:
D'=D*KDCM/CMM;
其中,D'为DCM模式下的前馈值,D为CCM模式下的前馈值,KDCM/CCM为比例系数。
步骤S802、根据所述前馈控制值对所述PFC变换器进行反馈控制。
在应用中,DCM控制电路的处理器根据前馈控制值对PFC变换器的输入电压的占空比进行控制。
在一个实施例中,步骤S802包括:
将所述PFC变换器的输入电压的占空比调整为所述前馈控制值。
如图9所示,示例性的示出了通过上述DCM控制方法对无桥PFC变换器进行DCM控制时,无桥PFC变换器的输入电流和电感电流的仿真波形示意图。
如图10所示,示例性的示出了通过上述DCM控制方法对与电网电连接的无桥PFC变换器进行DCM控制时,无桥PFC变换器的输入电流和电网电压的仿真波形示意图。
本发明实施例通过提供一种PFC变换器DCM控制方法,获取PFC变换器在DCM模式下一个开关周期内的第一平均电感电流;获取所述第一平均电感电流与所述PFC变换器在CCM模式下一个开关周期内的第二平均电感电流之间的比例系数;获取所述PFC变换器的采样电流值与所述比例系数的乘积,得到电流反馈控制值;根据所述电流反馈控制值对所述PFC变换器进行反馈控制,可以显著提高PFC变换器的PF值并降低输入电流谐波,使PFC变换器的输出电压范围、电压空载到满载范围内的PF值和输入电流谐波得到显著改善。
应理解,上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后,各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定,而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
如图11所示,本发明的一个实施例提供一种DCM控制电路100,包括存储器1、处理器2以及存储在所述存储器1中并可在所述处理器2上运行的计算机程序11,所述处理器2用于与所述PFC变换器电连接且在执行计算机程序时实现上述各个PFC变换器DCM控制方法的步骤,例如图1所示的步骤S101至S104。
示例性的,所述计算机程序11可以被分割成一个或多个模块,所述一个或者多个模块被存储在所述存储器1中,并由所述处理器2执行,以完成本发明。所述一个或多个模块可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段,该指令段用于描述所述计算机程序11在所述DCM控制电路100中的执行过程。例如,所述计算机程序11可以被分割成电流获取模块111、第一计算模块112、第二计算模块113、第一控制模块114,各模块的具体功能如下:
电流获取模块111,用于获取PFC变换器在DCM模式下一个开关周期内的第一平均电感电流;
第一计算模块112,用于获取所述第一平均电感电流与所述PFC变换器在CCM模式下一个开关周期内的第二平均电感电流之间的比例系数;
第二计算模块113,用于获取所述PFC变换器的采样电流值与所述比例系数的乘积,得到电流反馈控制值;
第一控制模块114,用于根据所述电流反馈控制值对所述PFC变换器进行反馈控制。
在一个实施例中,所述计算机程序11还可以被分割成如下模块:
第三计算模块,用于获取所述PFC变换器在CCM模式下的前馈值与所述比例系数的乘积,得到前馈控制值;
第二控制模块,用于根据所述前馈控制值对所述PFC变换器进行反馈控制。
所述DCM控制电路可包括,但不仅限于,存储器、处理器。本领域技术人员可以理解,图11仅仅是DCM控制电路的示例,并不构成对DCM控制电路的限定,可以包括比图示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者不同的部件。
所述存储器可以是所述DCM控制电路的内部存储单元,例如DCM控制电路的内存。所述存储器也可以是所述DCM控制电路的外部存储设备,例如所述DCM控制电路上配备智能存储卡(Smart Media Card,SMC),安全数字(Secure Digital,SD)卡,闪存卡(Flash Card)等。进一步地,所述存储器还可以既包括所述DCM控制电路100的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器用于存储所述计算机程序以及所述DCM控制电路所需的其他程序和数据。所述存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
如图12所示,本发明的一个实施例还提供一种整流器1000,包括整流电路200、PFC变换器300和DCM控制电路100,所述PFC变换器300与所述整流电路200和所述DCM控制电路100电连接。
在应用中,整流电路具体可以是全桥或半桥二极管整流电路,还可以是其他类型的整流桥。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为了描述的方便和简洁,仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明,实际应用中,可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成,即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块,以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中,上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。另外,各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分,并不用于限制本发明的保护范围。上述***中单元、模块的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
在上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述或记载的部分,可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中,应该理解到,所揭露的装置/DCM控制电路和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置/DCM控制电路实施例仅仅是示意性的,例如,所述模块或单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通讯连接,可以是电性,机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程,也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中,该计算机程序在被处理器执行时,可实现上述各个方法实施例的步骤。。其中,所述计算机程序包括计算机程序代码,所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括:能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,RandomAccess Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是,所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减,例如在某些司法管辖区,根据立法和专利实践,计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种PFC变换器DCM控制方法,其特征在于,包括:
获取PFC变换器在DCM模式下一个开关周期内的第一平均电感电流;
获取所述第一平均电感电流与所述PFC变换器在CCM模式下一个开关周期内的第二平均电感电流之间的比例系数;
获取所述PFC变换器的采样电流值与所述比例系数的乘积,得到电流反馈控制值;
根据所述电流反馈控制值对所述PFC变换器进行反馈控制;
获取所述PFC变换器在CCM模式下的前馈值与所述比例系数的乘积,得到前馈控制值;
根据所述前馈控制值对所述PFC变换器进行反馈控制。
2.如权利要求1所述的PFC变换器DCM控制方法,其特征在于,所述前馈值为所述PFC变换器在CCM模式下的的输入电压的占空比;
根据所述前馈控制值对所述PFC变换器进行反馈控制,包括:
将所述PFC变换器的输入电压的占空比调整为所述前馈控制值。
3.如权利要求1或2所述的PFC变换器DCM控制方法,其特征在于,获取PFC变换器在DCM模式下一个开关周期内的第一平均电感电流,包括:
获取所述PFC变换器的电感电流峰值;
根据所述电感电流峰值、开关周期以及所述PFC变换器的电子开关管在一个开关周期内的导通时间和关断时间,获取所述第一平均电感电流。
5.如权利要求3所述的PFC变换器DCM控制方法,其特征在于,根据所述电感电流峰值、开关周期以及所述PFC变换器的电子开关管在一个开关周期内的导通时间和关断时间,获取所述第一平均电感电流之前,包括:
在所述电子开关管导通时,根据所述电感电流峰值以及所述PFC变换器的输入电压和电感量,获取所述电子开关管在一个开关周期内的导通时间;
在所述电子开关管关断时,根据所述电感电流峰值以及所述PFC变换器的输入电压、输出电压和电感量,获取所述电子开关管在一个开关周期内的的关断时间;
根据所述电子开关管导通时的占空比和所述导通时间,或者,根据所述电子开关管关断时的占空比和所述关断时间,获取开关周期。
6.如权利要求1或2所述的PFC变换器DCM控制方法,其特征在于,获取PFC变换器在DCM模式下一个开关周期内的第一平均电感电流,包括:
根据所述PFC变换器的电感电流峰值、输入电压和输出电压以及所述PFC变换器的电子开关管导通时的占空比,获取所述第一平均电感电流。
8.一种DCM控制电路,其特征在于,包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序,所述处理器用于与所述PFC变换器电连接且在执行计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述PFC变换器DCM控制方法的步骤。
9.一种整流器,其特征在于,包括整流电路、PFC变换器和如权利要求8所述的DCM控制电路,所述PFC变换器与所述整流电路和所述DCM控制电路电连接。
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