一種快速瞬態(tài)響應(yīng)的數(shù)字功率因數(shù)變換器，設(shè)有EMI濾波器、整流電路、Boost型變換器功率級主拓撲結(jié)構(gòu)、兩個分壓單元、三個A/D采樣轉(zhuǎn)換單元、預(yù)測控制單元、PID控制單元、占空比修正單元和數(shù)字脈沖調(diào)制器，交流電壓AC連接EMI濾波器的輸入端，EMI濾波器的輸出端與整流電路的輸入端連接，第二分壓單元的輸入端連接整流電路的輸出端也是主拓撲結(jié)構(gòu)的輸入端，第一分壓單元的輸入端與主拓撲的輸出端連接，三個A/D采樣轉(zhuǎn)換單元的輸出端分別連接預(yù)測控制單元，輸出信號和參考電壓信號Vref比較后輸出電壓誤差信號和輸出電壓誤差偏差信號至PID控制單元，占空比修正單元的輸出信號與PID控制單元的輸出信號相乘后連接數(shù)字脈沖調(diào)制器，數(shù)字脈沖調(diào)制器的輸出端連接主拓撲結(jié)構(gòu)中MOS管Q的柵極。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及數(shù)字功率因數(shù)變換器，尤其涉及，該變換器能夠有效提高功率因數(shù)值接近于1，并能夠克服數(shù)字變換器的時延效應(yīng)，提高變換器的瞬態(tài)響應(yīng)性能。
技術(shù)介紹
開關(guān)變換器等電力電子裝置已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)、工業(yè)、交通以及家庭等領(lǐng)域，由此產(chǎn)生的電網(wǎng)側(cè)輸入功率因數(shù)降低和諧波污染等問題也日趨嚴重。為了減小諧波污染，保證電網(wǎng)供電質(zhì)量，提高開關(guān)變換器輸入端的功率因數(shù)，達到節(jié)能效果，必須對開關(guān)變換器電力電子裝置進行功率因數(shù)校正。相對與傳統(tǒng)模擬功率因數(shù)校正變換器，數(shù)字校正變換器可以優(yōu)化控制策略，提高集成度與可靠性，對環(huán)境變化具有更強的抗干擾性。校正開關(guān)變換器需要在輸入電壓域范圍內(nèi)功率因數(shù)值都能保持在一個接近I的范圍內(nèi)從而降低諧波污染和能量損耗。而且數(shù)字變換器的控制環(huán)路中存在數(shù)據(jù)的采樣、量化、數(shù)據(jù)處理、算法補償、DPWM生成等步驟，環(huán)路時延是數(shù)字控制系統(tǒng)中的固有缺陷，這也影響了數(shù)字功率因數(shù)校正變換器的瞬態(tài)響應(yīng)性能。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為了提高數(shù)字功率因數(shù)開關(guān)變換器的功率因數(shù)值和瞬態(tài)響應(yīng)性能，本專利技術(shù)提供了，設(shè)置預(yù)測控制單元可以解決數(shù)字控制環(huán)路中存在的時延問題，而占空比修正單元則根據(jù)輸入電壓的實時變化動態(tài)修正調(diào)節(jié)占空比值，可有效提高變換器的功率因數(shù)值和瞬態(tài)響應(yīng)性能。本專利技術(shù)采取的技術(shù)方案如下一種快速瞬態(tài)響應(yīng)的數(shù)字功率因數(shù)變換器，其特性在于設(shè)有EMI濾波器、整流電路、Boost型變換器功率級主拓撲結(jié)構(gòu)、兩個分壓單元、三個A/D采樣轉(zhuǎn)換單元、預(yù)測控制單元、PID控制單元、占空比修正單元和數(shù)字脈沖調(diào)制器；輸入交流電壓AC連接EMI濾波器的輸入端，交流電壓AC—端接地，EMI濾波器的輸出端與整流電路的輸入端連接；第二分壓單元的輸入端連接在整流電路的輸出端上，也是Boost型變換器功率級主拓撲結(jié)構(gòu)的輸入端，由兩個分壓電阻&和R4串聯(lián)構(gòu)成，電阻R3與R4的串接端連接第一 A/D采樣轉(zhuǎn)換單元的輸入端，電阻R3的另一端連接整流電路的一個輸出端，電阻R4的另一端連接整流電路的另一個輸出端；Boost型變換器功率級主拓撲結(jié)構(gòu)包括電感L、MOS管Q、二極管D、電容C和輸出負載電阻R，電感L的一端連接整流電路與電阻R3連接的那個輸出端，電感L的另一端連接MOS管Q的漏極和二極管D的正端,二極管D的負端與電容C的一端、輸出負載電阻R的一端連接在一起，電容C的另一端、輸出負載電阻R的另一端、MOS管Q的源極共同連接整流電路與電阻R4連接的那個輸出端；第一分壓單元的輸入端與主拓撲的輸出端連接，由兩個分壓電阻R1和R2串聯(lián)構(gòu)成，電阻R1與R2的串接端連接第三A/D采樣轉(zhuǎn)換單元的輸入端，電阻R1的另一端連接主拓撲結(jié)構(gòu)中二極管D的負端，電阻R2的另一端與MOS管Q的源極以及第二 A/D采樣轉(zhuǎn)換單元的輸入端連接在一起；第一、第二、第三A/D采樣轉(zhuǎn)換單元的輸出端分別連接預(yù)測控制單元的三個輸入端，預(yù)測控制單元的輸出信號和參考電壓信號VMf共同輸入到比較器，比較器分別輸出電壓誤差信號和輸出電壓誤差偏差信號至PID控制單元，第一 A/D采樣轉(zhuǎn)換單元的輸出信號還連接占空比修正單元輸入端，占空比修正單元的輸出信號與PID控制單元的輸出信號經(jīng)乘法器相乘后連接數(shù)字脈沖調(diào)制器的輸入端，數(shù)字脈沖調(diào)制器的輸出端連接主拓撲結(jié)構(gòu)中MOS管Q的柵極。上述數(shù)字功率因數(shù)變換器的控制方法，其特征在于:第一、第二、第三A/D采樣轉(zhuǎn)換單元分別采樣數(shù)字功率因數(shù)變換器的模擬輸入電壓值Vin[t]、模擬電感電流值ijt]和模擬輸出電壓值VJt]，分別經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換得到相應(yīng)的數(shù)字輸入電壓值Vin[k]、數(shù)字電感電流值ijk]和數(shù)字離散輸出電壓值VJk]，將數(shù)字輸入電壓值Vin[k]、數(shù)字電感電流值ij]和數(shù)字離散輸出電壓值VJk]共同輸入至預(yù)測控制單元，預(yù)測控制單元執(zhí)行預(yù)測控制算法預(yù)測計算下周期的輸出電壓值Vjk+1]，將預(yù)測單元的輸出信號Vjk+Ι]與參考電壓信號Vref作比較，得到輸出電壓誤差信號e[k+l]和輸出電壓誤差偏差信號Ae[k+1]，將電壓誤差信號e[k+l]和電壓誤差偏差信號Ae[k+1]作為PID控制單元的輸入信號，PID控制單元執(zhí)行PID控制算法，其輸出信號為d[k]，占空比修正單元的輸入信號為Vin[k]，占空比修正單元執(zhí)行占空比修正算法，其輸出為修正參數(shù)信號K，PID控制單元輸出信號d[k]與修正參數(shù)信號K做乘積運算獲得修正信號SM，數(shù)字脈沖調(diào)制器的輸入信號為修正信號數(shù)字脈沖調(diào)制器輸出相應(yīng)的占空比信號，與主拓撲結(jié)構(gòu)的MOS管柵極連接，控制MOS管的開關(guān)狀態(tài)；具體方法是:I)在第k個開關(guān)周期的初始，分別采樣變換器的模擬輸出電壓值VJt]、模擬電感電流值Ut]和模擬 輸入電壓值Vin[t]、經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換得到相應(yīng)的數(shù)字離散輸出電壓值V。[k]、電感電流值Uk]和輸入電壓值Vin [k]；2)第k周期數(shù)字離散輸出電壓值VJk]、輸入電壓值Vin[k]、電感電流值Uk]作為預(yù)測控制單元的輸入信號，根據(jù)Boost型變換器主拓撲結(jié)構(gòu)所內(nèi)在的輸出電壓與電感電流關(guān)系，插入η個插值點作迭代運算，預(yù)測求得第k+Ι周期的數(shù)字離散輸出電壓值Vjk+1]和電感電流值iL[k+l]；3)預(yù)測的數(shù)字輸出電壓值Vjk+Ι]與參考電壓值Vref作比較得到輸出電壓誤差值e[k+l]和輸出電壓誤差偏差值Λ e[k+l]，這樣下一開關(guān)周期的誤差值e和誤差偏差值A(chǔ)e提前被應(yīng)用輸入到PID控制單元，從而降低數(shù)字系統(tǒng)環(huán)路時延的影響；4)PID控制單元根據(jù)提前預(yù)測的e[k+l]和Ae[k+1]值，控制輸出占空比信號d[k]，以穩(wěn)定變換器的輸出電壓值；5)占空比修正單元根據(jù)第一 A/D采樣轉(zhuǎn)換單元所離散化的輸入電壓值Vin[k]，獲得占空比修正參數(shù)K為，'卜--T1-，將修正參數(shù)K與PID輸出占空比信號d[k]相乘得~VVr4d[k],修正PID輸出占空比信從而提高功率因數(shù)變換器的功率因數(shù)值；6)數(shù)字脈沖調(diào)制器根據(jù)修正輸出占空比值i M輸出相應(yīng)的PWM信號，驅(qū)動變換器的功率管的開關(guān)狀態(tài)，從而調(diào)節(jié)變換器的輸出電壓；7)數(shù)字功率因數(shù)變換器的輸出電壓、電感電流和輸入電壓經(jīng)第一、第二、第三A/D采樣轉(zhuǎn)換單元再次采樣轉(zhuǎn)換，經(jīng)過預(yù)測控制單元、PID控制單元、占空比修正單元、數(shù)字脈沖調(diào)制器形成新的PWM信號控制MOS功率開關(guān)管，循環(huán)控制直至數(shù)字功率因數(shù)變換器輸出電壓值與參考電壓值—致。本專利技術(shù)的優(yōu)點及有益成果:I)本專利技術(shù)通過預(yù)測控制單元有效補償數(shù)字功率因數(shù)校正變換器的數(shù)字控制環(huán)路中存在的時延問題，降低由于時延效應(yīng)所引起的控制滯后，提聞變換器瞬態(tài)響應(yīng)能力；2)本專利技術(shù)通過占空比修正，根據(jù)輸入電壓的實時值輸出占空比修正值，改變開關(guān)周期內(nèi)的電感電流變換情況，從而提高校正變換器的功率因數(shù)值，降低電網(wǎng)輸入端的能量損耗；3)本專利技術(shù)總體性能優(yōu)越，且具有可擴展性和可移植性，可以與新的控制策略集成應(yīng)用，進一步提高校正變換器的性能；4)本專利技術(shù)采用數(shù)字控制實現(xiàn)方式，相對于模擬控制更為靈活，設(shè)計更為簡單。附圖說明圖1是DCM模式功率因數(shù)校正變換器的電感電流波形示意圖；圖2是本專利技術(shù)具有高功率因數(shù)快速瞬態(tài)響應(yīng)的數(shù)字功率因數(shù)校正變換器整體圖；圖3是有/無占空比修正控制方法的功率因數(shù)校正變換器的功率因數(shù)(PF)值；具體實施例方式圖1所不為DCM模式(Discontinuou本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種快速瞬態(tài)響應(yīng)的數(shù)字功率因數(shù)變換器，其特性在于：設(shè)有EMI濾波器、整流電路、Boost型變換器功率級主拓撲結(jié)構(gòu)、兩個分壓單元、三個A/D采樣轉(zhuǎn)換單元、預(yù)測控制單元、PID控制單元、占空比修正單元和數(shù)字脈沖調(diào)制器；輸入交流電壓AC連接EMI濾波器的輸入端，交流電壓AC一端接地，EMI濾波器的輸出端與整流電路的輸入端連接；第二分壓單元的輸入端連接在整流電路的輸出端上，也是Boost型變換器功率級主拓撲結(jié)構(gòu)的輸入端，由兩個分壓電阻R3和R4串聯(lián)構(gòu)成，電阻R3與R4的串接端連接第一A/D采樣轉(zhuǎn)換單元的輸入端，電阻R3的另一端連接整流電路的一個輸出端，電阻R4的另一端連接整流電路的另一個輸出端；Boost型變換器功率級主拓撲結(jié)構(gòu)包括電感L、MOS管Q、二極管D、電容C和輸出負載電阻R，電感L的一端連接整流電路與電阻R3連接的那個輸出端，電感L的另一端連接MOS管Q的漏極和二極管D的正端，二極管D的負端與電容C的一端、輸出負載電阻R的一端連接在一起，電容C的另一端、輸出負載電阻R的另一端、MOS管Q的源極共同連接整流電路與電阻R4連接的那個輸出端；第一分壓單元的輸入端與主拓撲的輸出端連接，由兩個分壓電阻R1和R2串聯(lián)構(gòu)成，電阻R1與R2的串接端連接第三A/D采樣轉(zhuǎn)換單元的輸入端，電阻R1的另一端連接主拓撲結(jié)構(gòu)中二極管D的負端，電阻R2的另一端與MOS管Q的源極以及第二A/D采樣轉(zhuǎn)換單元的輸入端連接在一起；第一、第二、第三A/D采樣轉(zhuǎn)換單元的輸出端分別連接預(yù)測控制單元的三個輸入端，預(yù)測控制單元的輸出信號和參考電壓信號Vref共同輸入到比較器，比較器分別輸出電壓誤差信號和輸出電壓誤差偏差信號至PID控制單元，第一A/D采樣轉(zhuǎn)換單元的輸出信號還連接占空比修正單元輸入端，占空比修正單元的輸出信號與PID控制單元的輸出信號經(jīng)乘法器相乘后連接數(shù)字脈沖調(diào)制器的輸入端，數(shù)字脈沖調(diào)制器的輸出端連接主拓撲結(jié)構(gòu)中MOS管Q的柵極。...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種快速瞬態(tài)響應(yīng)的數(shù)字功率因數(shù)變換器，其特性在于:設(shè)有EMI濾波器、整流電路、Boost型變換器功率級主拓撲結(jié)構(gòu)、兩個分壓單元、三個A/D采樣轉(zhuǎn)換單元、預(yù)測控制單元、PID控制單元、占空比修正單元和數(shù)字脈沖調(diào)制器； 輸入交流電壓AC連接EMI濾波器的輸入端，交流電壓AC —端接地，EMI濾波器的輸出端與整流電路的輸入端連接； 第二分壓單元的輸入端連接在整流電路的輸出端上，也是Boost型變換器功率級主拓撲結(jié)構(gòu)的輸入端，由兩個分壓電阻R3和R4串聯(lián)構(gòu)成，電阻R3與R4的串接端連接第一 A/D采樣轉(zhuǎn)換單元的輸入端，電阻R3的另一端連接整流電路的一個輸出端，電阻R4的另一端連接整流電路的另一個輸出端； Boost型變換器功率級主拓撲結(jié)構(gòu)包括電感L、MOS管Q、二極管D、電容C和輸出負載電阻R，電感L的一端連接整流電路與電阻R3連接的那個輸出端，電感L的另一端連接MOS管Q的漏極和二極管D的正端,二極管D的負端與電容C的一端、輸出負載電阻R的一端連接在一起，電容C的另一端、輸出負載電阻R的另一端、MOS管Q的源極共同連接整流電路與電阻R4連接的那個輸出端； 第一分壓單元的輸入端與主拓撲的輸出端連接，由兩個分壓電阻R1和R2串聯(lián)構(gòu)成，電阻R1與R2的串接端連接第三A/D采樣轉(zhuǎn)換單元的輸入端，電阻R1的另一端連接主拓撲結(jié)構(gòu)中二極管D的負端，電阻R2的另一端與MOS管Q的源極以及第二 A/D采樣轉(zhuǎn)換單元的輸入端連接在一起； 第一、第二、第三A/D采樣轉(zhuǎn)換單元的輸出端分別連接預(yù)測控制單元的三個輸入端，預(yù)測控制單元的輸出信號和參考電壓信號VMf共同輸入到比較器，比較器分別輸出電壓誤差信號和輸出電壓誤差偏差信號至PID控制單元，第一 A/D采樣轉(zhuǎn)換單元的輸出信號還連接占空比修正單元輸入端，占空比修正單元的輸出信號與PID控制單元的輸出信號經(jīng)乘法器相乘后連接數(shù)字脈沖調(diào)制器的輸入端，數(shù)字脈沖調(diào)制器的輸出端連接主拓撲結(jié)構(gòu)中MOS管Q的柵極。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述數(shù)字功率因數(shù)變換器的控制方法，其特征在于:第一、第二、第三A/D采樣轉(zhuǎn)換單元分別采樣數(shù)字功率因數(shù)變換器的模擬輸入電壓值Vin[t]、模擬電感電流值ijt]和模擬輸出電壓值...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：孫偉鋒，孫大鷹，程松林，宋慧濱，王青，徐申，陸生禮，時龍興，
申請(專利權(quán))人：東南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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