一种图腾柱PFC电感电流校正方法、系统、介质及终端

一种图腾柱pfc电感电流校正方法、系统、介质及终端
技术领域
1.本发明涉及电力电子领域，具体地，涉及一种图腾柱pfc电感电流校正方法、系统、介质及终端。


背景技术：

2.单相交流电压供电的电力电子变换器，在家用电器等设备中发挥了重要的作用，但在实际应用中，需要采用有源功率因数校正(pfc)技术，或采用单相有源电力滤波(apf)技术，以此抑制网侧谐波电流和提高网侧功率因数，满足iec61000-3-2和iec6100-3-12规定的谐波抑制标准。
3.图腾柱pfc中功率电路和控制电路，功率电路包括两个桥臂，一般情况下，一个为高频切换的gan fet或igbt桥臂，另一个为工频切换的sic fet或二极管桥臂，控制电路包括模拟控制电路或数字控制电路。图腾柱pfc是一种有源功率因数校正电路，同其它pfc电路一样，输出电容电压控制可以采取pi控制器、跨导型单零单极控制器等，电感电流控制可以采用跟随控制、单周期控制和滞环控制等，对于跟随控制和单周期控制，由于网压或输入电压过零附近电压瞬时值较小，使得网流或输入电流出现过零交越失真，使得网侧功率因数较低和出现较高次谐波电流为此需要进行过零补偿。
4.对于传统有桥pfc，有文献提出了电流补偿环概念，比较好地实现了电流过零补偿，其补偿原理为：在原有(正弦波求绝对值后)正弦半波基础上加入补偿量，以此扩大网压过零附近的占空比，从而改善输入电流交越失真情况。但是对于图腾柱pfc，尚未出现有效的电流过零补偿方法，而且传统有桥pfc电流补偿环概念也不能简单地适用，需要重新设计。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种图腾柱pfc电感电流校正方法、系统、介质及终端。
6.根据本发明的一个方面，提供一种图腾柱pfc电感电流校正方法，包括：
7.调节控制电路中的pi电流补偿器的控制系数和高频载波幅值变化规律；
8.控制电路生成补偿后的调制波；
9.基于所述补偿后的调制波与所述幅值变化的高频载波，实现的功率电路电感电流波形的校正。
10.优选地，所述控制电路，包括电压调节器、电流调节器、开关脉冲发生器、电感环节、frd环节和负载环节；其中，所述电感环节的输出作为所述电流调节器的输入，形成电流内环补偿环节；
11.所述负载环节的输出作为所述电压调节器的输入，形成电压外环补偿环节；
12.所述开关脉冲发生器的高频载波幅值可调；
13.所述电流调节器的pi补偿器控制系数可调。
14.优选地，所述调节控制电路中的pi电流补偿器的控制系数，包括：
15.生成单位幅值的正弦波u(1)；
16.设置电压调节器中pi补偿器的最低控制系数a、最高控制系数b；
17.计算控制系数u(2)＝a (1-|u(1)|*b),u(2)值应在最低控制系数a，最高控制系数b之间；
18.若u(2)值大于最高系数，取上界b值作为pi补偿器的最终控制系数；
19.若u(2)值小于最低系数，取下界a值作为pi补偿器的最终控制系数。
20.优选地，所述调节控制电路中的高频载波幅值变化规律，包括：
21.生成单位幅值的正弦波u(1)；
22.设置调节系数c，且c处于(0,1)之间
23.计算c*|u(1)|；
24.计算u(2)＝(1-c) c*|u(1)|作为参考电压幅值变化后的值。
25.优选地，所述控制电路生成补偿后的调制波，包括：
26.提取所述电压外环补偿环节的电压调节器的输出点电压:
27.将所述输出点电压与所述最终控制系数相乘后作为所述脉冲发生器的调制波输入信号。
28.优选地，所述控制电路生成补偿后的调制波，包括：
29.提取幅值恒定的高频三角载波utr；
30.将所述utr和u(2)相乘后作为所述开关脉冲发生器的高频载波输入信号。
31.优选地，所述基于补偿后的调制波与幅值变化的高频载波，实现的功率电路的电感电流波形的校正，包括：
32.补偿后的调制波与幅值变化额高频载波相互比较，产生pwm信号；
33.所述pwm信号经过驱动后送入功率电路；
34.所述pwm信号驱动功率电路中功率开关的通断，实现对电感电流波形的校正。
35.根据本发明的第二个方面，提供一种图腾柱pfc电感电流校正系统，包括：
36.调节模块，所述调节模块调节控制电路中的pi电流补偿器的控制系数和高频载波幅值变化规律；
37.生成模块，所述生成模块控制电路生成补偿后的调制波；
38.校正模块，所述校正模块基于所述补偿后的调制波与所述幅值变化的高频载波，实现的功率电路电感电流波形的校正。
39.根据本发明的第三个方面，提供一种终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时可用于执行任一项所述的方法，或，运行所述的系统。
40.根据本发明的第四个方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时可用于执行任一项所述的方法，或，运行所述的系统。
41.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
42.(1)本发明实施例中提供的图腾柱pfc电感电流校正方法和系统，利用对参考电压和电流调节器控制系数的改变，实现了对电感电流波形的校正补偿，使得电感电流波形更加接近于正弦波，有效地降低了电流谐波含量。
43.(2)本发明实施例中提供的图腾柱pfc电感电流校正方法和系统，直接在电压调节器输出环节、电流调节器的输入控制系数环节进行补偿，从而实现对电感电流波形的校正，具有简单易行，可靠性高等优点。
44.(3)本发明实施例中提供的图腾柱pfc电感电流校正方法和系统，其校正环节中的需要系数，可根据不同需要改变，可适应于不同工作情形，适用范围大。
附图说明
45.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
46.图1为一实施例中的图腾柱pfc电感电流校正方法的流程图；
47.图2为一实施例中的图腾柱pfc电感电流校正方法中的控制电路结构图；
48.图3为一优选实施例中的控制系数可调和载波幅值可调的实现流程图；
49.图4为一优选实施例中的图腾柱pfc电感电流校正方法中的功率电路结构图；
50.图5为本发明实施例未采用电感电流校正方法时的网侧电流波形图和电感电流输出波形图；
51.图6为本发明实施例采用电感电流校正方法后的网侧电流波形图和电感电流输出波形图。
具体实施方式
52.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
53.参见图1，本发明提供一个实施例，一种图腾柱pfc电感电流校正方法，包括：
54.s100，调节控制电路中的pi电流补偿器的控制系数和高频载波幅值变化规律；
55.s200，控制电路生成补偿后的调制波；
56.s300，基于s200中补偿后的调制波与幅值变化的高频载波，实现的功率电路的电感电流波形的校正。
57.参见图2，在本发明的一个实施例中，s100中的控制电路包括电流内环补偿环节、电压外环补偿环节、电压调节器、电流调节器、开关脉冲发生器、电感环节、frd环节、负载环节；其中，电感环节的输出作为电流调节器的输入，形成电流内环补偿环节；负载环节的输出作为所述电压调节器的输入，形成电压外环补偿环节；开关脉冲发生器的高频载波幅值可调；电流调节器的pi补偿器控制系数可调。
58.参见图3，在本发明的一个优选实施中，s100中的调节控制电路中的pi电流补偿器的控制系数的过程为：
59.s11,生成单位幅值的正弦波u(1)；
60.s12,设置电压调节器中pi补偿器的最低控制系数a，最高控制系数b；
61.s13,计算控制系数u(2)＝a (1-|u(1)|*b)，u(2)值应在最低控制系数a，最高控制系数b之间；
62.s14,若u(2)值大于最高系数，取上界b值作为pi补偿器的最终控制系数；
63.s15，若u(2)值小于最低系数，取下界a值作为pi补偿器的最终控制系数。
64.其中，正弦波u(1)的生成过程为首先检测单相交流电压，即电源电压，经过数字模数转换后，得到数字化的单相交流电压，然后采用锁相环程序，求得单位幅值的正弦波。上述过程中，由u(2)的计算式可知，在电网电压过零点附近，u(2)值较大，达到b值。在电网电压峰值点附近，u(2)值较小，达到a值。在电网电压其它位置，u(2)值介于a值与b值之间，计算出来多少，即为多少。
65.参见图3，在本发明的另一个优选实施例中，s100中的调节高频载波幅值变化规律的过程为：
66.s21,生成单位幅值的正弦波u(1)；
67.s22,设置调节系数c，且c处于(0,1)之间
68.s23,计算c*|u(1)|；
69.s24,计算u(2)＝(1-c) c*|u(1)|作为参考电压幅值变化后的值。
70.在本发明的一个优选实施例中，基于s100中调节的控制系数和高频载波幅值变化规律，实施s200，可参见图2，控制电路原理过程为：电压外环补偿环节的输出电压uo′
与参考电压u
ref
的差值作为电压调节器的输入端v
etr
，电压调节器的输出端u
ctr1
和网压信号ui″
相乘后，减去电流内环补偿环节输出端信号i
l
′
作为电流调节器的输入端i
etr
。
71.开关脉冲发生器的输出端ui′
与网压瞬值ui的差值作为电感环节的输入端信号，电感环节的输出端信号作为电流内环补偿环节的输入端，同时作为frd环节的输入端，frd环节的输出端id1通过电感电流检测反馈传递函数hi(s)作为负载环节的输入端，负载环节的输出端uo通过输出电压检测反馈传递函数hv(s)作为电压外环补偿环节的输入端。
72.较佳实施例中，上述实施例中调节高频载波幅值变化规律用于生成网压信号ui″
并获得开关脉冲发生器的高频载波输入信号。其中，网压信号ui″
的生成方式为：实施上述s21-s24获得u(2)作为参考电压幅值变化后的值。在生成网压信号ui″
后，提取幅值恒定的高频三角载波，两者相乘后作为开关脉冲发生器的高频载波输入信号u
tr
。本实施例中，设置调节系数c＝0.75
73.较佳实施例中，上述实施例中调节控制电路中的pi电流补偿器的控制系数用于生成开关脉冲发生器的调制波输入信号。具体为：实施上述s11-s15,得到最终控制系数；然后提取电压外环中电压调节器的输出点电压u
ctr1
，控制系数与之相乘后作为开关脉冲发生器的调制波输入信号。在本实施例中，设置电压调节器中pi补偿器的最低控制系数a＝25，最高控制系数b＝75。
74.在本发明的一个优选实施例中，实施s300，补偿后的调制波与幅值变化额高频载波相互比较，产生pwm信号，经过驱动后送入功率电路，驱动功率电路中功率开关的通断，实现对电感电流波形的校正。
75.本实施例中，参见图4，功率电路包括包括交流电源ui、输入滤波电容c1以及图腾柱pfc电路。交流电源包括：第一输出端、第二输出端，所述第一输出端、第二输出端构成交流电源输出端，输出ui。输入滤波电容第一端连接交流电源第一输出端，读入滤波电容另一端连接交流电源第二输出端。图腾柱pfc电路包括：电感l1、第一场效应晶体管s1、第二场效应晶体管s2、第三场效应晶体管s3、第四场效应晶体管s4、第一电阻单元以及第二电阻单
元；
76.第一场效应晶体管s1的源极连接第二场效应晶体管s2的漏极；第三场效应晶体管s3的源极连接第四场效应晶体管s4的漏极。电感l1的第一端连接交流电源l1的火线l，电感l1的第二端连接第一场效应晶体管s1的源极与第二场效应晶体管s2的漏极之间的节点。第三场效应晶体管s3的源极与第四场效应晶体管s4的漏极之间的节点连接交流电源ui的零线n。第一场效应晶体管s1的漏极连接第三场效应晶体管s3的漏极，第二场效应晶体管s2的源极接地，第四场效应晶体管s4的源极接地。第一电阻单元的第一端连接第一场效应晶体管s1的漏极与第三场效应晶体管s3的漏极之间的节点，第一电阻单元的第二端连接第二电阻单元的第一端，第二电阻单元的第二端接地。
77.基于相同的发明构思，本发明其他实施例还提供一种图腾柱pfc电感电流校正系统，包括：
78.调节模块、生成模块和校正模块；调节模块调节控制电路中的pi电流补偿器的控制系数和高频载波幅值变化规律；生成模块控制电路生成补偿后的调制波；校正模块基于所述补偿后的调制波与所述幅值变化的高频载波，实现的功率电路电感电流波形的校正。
79.本发明上述实例中各模块/单元具体可以参照上述实施例中图腾柱pfc电感电流校正方法对应的步骤的实现技术，在此不再赘述。
80.基于相同的发明构思，本发明其他实施例还提供一种终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时可用于执行任一项所述的方法，或，运行所述的系统。
81.基于相同的发明构思，本发明其他实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时可用于执行任一项所述的方法，或，运行所述的系统。
82.在发明的一个应用实施例中，各参数设置如下：,
83.输入电压：220vac@50hz；
84.输出电压：385v；
85.输出功率：几百瓦～3.3kw；
86.开关频率：40khz
87.电阻r1、r2：1mω；
88.电阻r3：25.8kω；
89.二极管d1～d2：1n4148；
90.电容c1：1.0μf；
91.电容c2：3x470μf；
92.电感l1：250μh；
93.sic fet s3、s4：25a@85℃，650v；
94.gan fet s1、s2：25a@85℃，650v。
95.其对应的电感电流波形校正前、校正后如图5、图6所示。由此可见，本实施例利用对参考电压和电流调节器控制系数的改变，实现了对电感电流波形的校正补偿，使得电感电流波形更加接近于正弦波，有效地降低了电流谐波含量。
96.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述
特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。上述各优选特征在互不冲突的情况下，可以任意组合使用。