[發明專利]一種級聯交錯圖騰柱無橋PFC電路及其控制方法

有效

• 申請號: 202010579874.2
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111669044B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 王俊;張超;屈坤;唐賽;王達名
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: H02M1/42
• 分類號: H02M1/42;H02M7/219;H02M1/14
• 代理公司: 南昌合達信知識產權代理事務所(普通合伙) 36142
• 代理人: 劉學濤

1.一種級聯交錯圖騰柱無橋PFC電路，其特征在于：包括總電源，所述總電源的輸出端1連有并聯相連接的主電感L1和高頻電感L2，所述主電感L1的輸出端連接有第一硅基器件SL1和第二硅基器件SL2；所述高頻電感L2的輸出端連接有第一寬禁帶器件SH1和第二寬禁帶器件SH2；

所述總電源的輸出端2連有第一硅二極管D1和第二硅二極管D2；

所述第一硅二極管D1和第二硅二極管D2與并聯相連接的輸出電容C0和負載相連接；

所述第一硅基器件SL1和所述第二硅基器件SL2組成低頻半橋H1；所述第一寬禁帶器件SH1和所述第二寬禁帶器件SH2組成高頻半橋H2；所述第一硅二極管D1和所述第二硅二極管D2組成工頻半橋H3；

低頻半橋H1和主電感L1構成的低頻支路處理系統的大部分功率，高頻半橋H2和高頻電感L2構成高頻支路以較高的開關頻率運行，用以補償低頻支路動作的大電流紋波，同時處理小部分工頻電流；

該級聯交錯圖騰柱無橋PFC電路，包括以下控制方法：

1)電壓控制環(101)用于追蹤輸出電壓參考值，產生總輸入電流的參考值；將輸出電壓電壓參考值與測量值進行比較，其誤差送入到電壓控制環控制器，輸出作為總輸入電流參考的幅值；幅值乘以輸入電壓絕對值經過PLL產生的相位信息作為總輸入電流參考值；

2)比例系數環節(102)用于產生低頻支路的電流參考值；總輸入電流參考值乘以比例系數K1作為低頻支路電流的參考值，比例系數K1決定了低頻支路處理的功率的比例；

3)低頻電流控制環(103)用于產生跟蹤低頻支路電流的參考值的低頻半橋初始占空比；將低頻支路的電流參考值與電流測量值誤差輸入到低頻電流控制環控制器，輸出低頻半橋的控制信號的初始占空比；

4)總電流控制環(104)用于產生跟蹤總輸入電流參考值的高頻半橋初始占空比；將總輸入電流參考值與輸入總電流測量值的誤差輸入到總電流控制環控制器，輸出高頻半橋的控制信號的初始占空比。

2.根據權利要求1所述的一種級聯交錯圖騰柱無橋PFC電路，其特征在于：所述第一硅基器件SL1和所述第二硅基器件SL2，包括Si MOSFET、Si IGBT反并聯二極管中的一種，工作頻率為1kHz～10kHz；

所述第一寬禁帶器件SH1和第二寬禁帶器件SH2，包括SiC MOSFET、GaN HEMT中的一種，工作頻率為50kHz～1MHz；所述工頻半橋H3為不可控硅基二極管器件或工頻開關的MOSFET。

3.根據權利要求2所述的一種級聯交錯圖騰柱無橋PFC電路，其特征在于：所述低頻半橋H1和主電感L1構成低頻支路；所述高頻半橋H2和高頻電感L2構成高頻支路。

4.根據權利要求3所述的一種級聯交錯圖騰柱無橋PFC電路，其特征在于：當總電源電壓為正極性時，所述低頻支路被等效為一個正向的電流源；所述總電源的輸出端1連有高頻電感L2和所述等效正向電流源，所述高頻電感L2的輸出端連有所述第一寬禁帶器件SH1和所述第二寬禁帶器件SH2，所述第一寬禁帶器件SH1的輸出端分別連有所述第一硅二極管D1和并聯相連接的輸出電容Co和負載，所述第一硅二極管D1的輸出端與所述總電源的輸出端2相連接。

5.根據權利要求4所述的一種級聯交錯圖騰柱無橋PFC電路，其特征在于：當總電源電壓為負極性時，所述低頻支路被等效為一個反向的電流源，所述總電源的輸出端1連有高頻電感L2和所述等效反向電流源，所述高頻電感L2的輸出端連有所述第一寬禁帶器件SH1和所述第二寬禁帶器件SH2，所述第一寬禁帶器件SH1的輸出端分別連有所述第二硅二極管D2和并聯相連接的輸出電容C0和負載，所述第二硅二極管D2的輸出端與所述總電源的輸出端2相連接。

6.根據權利要求5所述的一種級聯交錯圖騰柱無橋PFC電路，其特征在于，還包括以下環節：占空比補償環節利用輸入輸出電壓算出補償占空比，

計算補償占空比后，與高頻半橋和低頻半橋的初始占空比相加，得到低頻半橋和高頻半橋的最終占空比數值；

PWM模塊(105)利用最終占空比信號與載波比較產生PWM控制信號，最后根據輸入電壓Vin的極性選擇合適的開關管動作，實現系統的穩定控制。