[發(fā)明專利]含有源儲能單元型Boost PFC的優(yōu)化控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611010904.8
• 申請日: 2016-11-17
• 公開（公告）號: CN107257202B
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任小永;白雷;惠琦;李坤奇;吳羽;郭哲輝
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: H02M7/217
• 分類號: H02M7/217;H02M1/14;H02M1/42
• 代理公司: 南京匯盛專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32238
• 代理人: 張立榮

1.一種含有源儲能單元型Boost PFC的優(yōu)化控制方法，電路組成主要包括：EMI濾波器、有源整流橋、交錯(cuò)并聯(lián)Boost PFC變換器、方波信號調(diào)理電路、Buck/Boost型有源儲能單元和控制器，其中Buck/Boost型有源儲能單元的開關(guān)橋臂包括上開關(guān)管S₄和下開關(guān)管S₅，該控制方法主要步驟如下：

1).初始化輸出電壓參考值峰值電壓參考值

2).生成參考正弦信號|sin(ωt)|與-cos(ωt)；

a).首先采樣交錯(cuò)并聯(lián)Boost PFC變換器的輸入電壓v_in，經(jīng)方波信號調(diào)理電路轉(zhuǎn)化為帶偏置的正弦信號，然后再將該帶偏置的正弦信號與偏置電壓V_ref進(jìn)行比較，得到交錯(cuò)并聯(lián)Boost PFC變換器的輸入電壓大于0時(shí)為高電平，小于0時(shí)為低電平的方波信號；

b).生成的方波信號由數(shù)字控制器的增強(qiáng)捕獲單元捕獲其上升沿和下降沿，經(jīng)防誤捕獲鎖相算法獲得輸入電壓過零信息，根據(jù)過零信息求出輸入電壓的周期T；

c).由輸入電壓周期T和eCAP計(jì)數(shù)器的實(shí)時(shí)值進(jìn)一步求得正弦信號|sin(ωt)|與-cos(ωt)；

3).交錯(cuò)并聯(lián)Boost PFC的輸入前饋判斷與輸入前饋計(jì)算；

a).數(shù)字控制器采樣當(dāng)前計(jì)算周期整流橋輸出電壓v_rect,v_rect與步驟2)得到的|sin(ωt)|經(jīng)峰值預(yù)測算法預(yù)測當(dāng)前計(jì)算周期整流橋輸出電壓峰值V_rectp[n]；

b).當(dāng)前計(jì)算周期整流橋輸出電壓峰值V_rectp[n]與上一計(jì)算周期整流橋輸出電壓峰值V_rectp[n-1]作差進(jìn)行輸入跳變檢測，差的絕對值大于設(shè)定閥值則認(rèn)為輸入發(fā)生跳變，將輸入前饋標(biāo)志位置位，同時(shí)產(chǎn)生重置信號Reset1，否則輸入前饋標(biāo)志位為0；

c).當(dāng)輸入前饋標(biāo)志位置位，則由輸入前饋算法計(jì)算輸入前饋系數(shù)k；當(dāng)輸入前饋標(biāo)志位為0時(shí)，則直接令k＝1，不需計(jì)算輸入前饋系數(shù)；

4).交錯(cuò)并聯(lián)Boost PFC載前饋判斷與載前饋計(jì)算；

a)數(shù)字控制器采樣交錯(cuò)并聯(lián)Boost PFC變換器的當(dāng)前計(jì)算周期的輸出電流平均值I_o[n]和輸出電壓v_o，I_o[n]減去上一計(jì)算周期采樣得到的輸出電流平均值I_o[n-1]，當(dāng)其絕對值大于設(shè)定閥值則認(rèn)為負(fù)載跳變發(fā)生，則將載前饋標(biāo)志位置位，同時(shí)產(chǎn)生重置信號Reset2，否則載前饋標(biāo)志位與上一計(jì)算周期保持一致；

b)將上述v_o與I_o[n]相乘得到輸出功率P_o；

c)在載前饋標(biāo)志位置位條件下，結(jié)合步驟3)中預(yù)測得到的當(dāng)前計(jì)算周期整流橋輸出電壓峰值V_rectp[n]及計(jì)算得到的輸出功率P_o，由載前饋算法計(jì)算載前饋量v_m2[n]；在載前饋標(biāo)志位置位條件下，每個(gè)計(jì)算周期僅進(jìn)行一次載前饋計(jì)算，且載前饋參與次數(shù)標(biāo)志N_ldff在載前饋算法參與一次后加1，當(dāng)N_ldff達(dá)到設(shè)定值，則將N_ldff與載前饋標(biāo)志位清0；其余情況下，則不進(jìn)行載前饋計(jì)算取上一次載前饋計(jì)算得到的前饋量v_m2[n-1]作為當(dāng)前值v_m2[n]；

5).交錯(cuò)并聯(lián)Boost PFC的雙前饋與輕載切相控制；

a).步驟1)中初始化得到的輸出電壓參考值減去步驟4)中采樣得到的v_o得到輸出電壓誤差信號，該誤差信號經(jīng)比例積分補(bǔ)償單元運(yùn)算，分別得到電壓環(huán)比例項(xiàng)輸出v_mp、積分項(xiàng)輸出v_mi與比例積分單元總輸出v_m1；

b).當(dāng)電壓環(huán)比例積分補(bǔ)償單元檢測到步驟3)中的Reset1信號時(shí)，則電壓環(huán)比例積分補(bǔ)償單元輸出v_m1后，再將v_mp、v_mi分別乘以輸入前饋系數(shù)后輸出，輸入前饋標(biāo)志位清0；當(dāng)檢測到步驟4)中的Reset2信號時(shí)，將v_mp、v_mi、v_m1清零后輸出；其余情況下v_mp、v_mi、v_m1按實(shí)際電壓環(huán)比例積分補(bǔ)償單元的計(jì)算結(jié)果輸出；

c).上述v_m1與步驟4)得到的v_m2[n]相加，再乘以步驟3)得到的k得到等效電壓環(huán)輸出v_m，同時(shí)v_m乘以步驟2)中得到的正弦信號|sin(ωt)|作為電流環(huán)基準(zhǔn)

d).數(shù)字控制器采樣交錯(cuò)并聯(lián)PFC變換器的各相電感總電流i_L，減去i_L得到總電感電流誤差信號，該信號經(jīng)電流環(huán)比例積分補(bǔ)償運(yùn)算單元得到各相占空比D；

e).計(jì)算得到的占空比D經(jīng)增強(qiáng)型脈寬調(diào)制模塊調(diào)制得到輸出的占空比；

f).以各相處理相等的功率為原則進(jìn)行輕載切相操作，根據(jù)輕載切相算法將上步驟e)中輸出的占空比送至需要參加工作的各相的開關(guān)管，完成交錯(cuò)并聯(lián)Boost PFC的雙前饋與輕載切相控制；

6).Buck/Boost有源儲能單元開環(huán)型峰值電壓控制；

a).判斷步驟4)中計(jì)算得到的輸出功率P_o小于650W時(shí)，Buck/Boost有源儲能單元不工作，重復(fù)步驟2)～5)及6)的a)；判斷P_o，當(dāng)P_o大于等于650W時(shí)，Buck/Boost有源儲能單元開始工作，繼續(xù)完成以下步驟；

b).由步驟2)中生成的-cos(ωt)，步驟4)中采樣得到的當(dāng)前計(jì)算周期輸出電流平均值I_o以及根據(jù)交錯(cuò)并聯(lián)Boost PFC的輸出電容容值與需處理的脈動(dòng)能量的比例關(guān)系定義得到的吸收系數(shù)k_asuref，經(jīng)數(shù)字控制器計(jì)算得到Buck/Boost型有源儲能單元輸入電流的基準(zhǔn)信號

c).由判斷有源儲能單元的工作模式；

當(dāng)時(shí)為Boost模式，數(shù)字控制器采樣得到的Buck/Boost有源儲能單元電容電壓v_cs，結(jié)合計(jì)算得到的采樣得到的v_o以及定義的Buck/Boost型有源儲能單元電感值與開關(guān)周期的比值k_asu，計(jì)算Buck/Boost型有源儲能單元Boost模式下的理論占空比D_boost1，計(jì)算得到的D_boost1經(jīng)ePWM模塊調(diào)制得到Boost模式的實(shí)際占空比D_boost，D_boost輸出至開關(guān)管S₅完成Boost模式的控制；

當(dāng)時(shí)為Buck模式，同理Boost模式計(jì)算理論占空比的流程計(jì)算Buck模式的理論占空比D_buck1；

d).根據(jù)采樣的v_cs由比較法求取其峰值電壓V_csp，由步驟1)初始化得到的峰值電壓參考值減去V_csp，得到其誤差信號，該誤差信號經(jīng)比例積分補(bǔ)償運(yùn)算單元(PI)得到峰值電壓補(bǔ)償占空比D_p；

e).由D_buck1與D_p求和得到Buck模式下實(shí)際占空比D_buck，計(jì)算得到的D_buck經(jīng)ePWM模塊調(diào)制得到Buck模式的實(shí)際占空比并輸出至開關(guān)管S₄完成Buck模式的控制；

f).重復(fù)步驟2)～6)。