直接网侧功率控制的单相功率因数校正器

摘要

本发明提供了一种直接网侧功率控制的单相功率因数校正器，包括功率电路、辅助电路和控制模块，其中：所述功率电路完成单相AC-DC的功率变换；所述辅助电路连接所述功率电路，完成对输入电压、输入电流、输出电压的瞬时检测和对原始PWM脉冲的驱动，并将测量电量输出到控制模块；所述控制模块接受所述辅助电路各种检测电量后，按照直接功率控制和单周期控制原理进行数字运算和逻辑处理，并得到原始驱动脉冲，最后借助功率电路完成功率因数校正，并输出稳定的直流电压。本发明实现网侧单位功率因数的单相交流-直流变换，具有响应速度快、抗干扰能力强、适应较宽范围负载变化，且具有负载跟随特性，是一种理想单相功率因数校正方案。

主权项

一种直接网侧功率控制的单相功率因数校正器，其特征在于，包括功率电路、辅助电路和控制模块，其中：所述功率电路完成单相AC‑DC的功率变换；所述辅助电路连接所述功率电路，完成对输入电压、输入电流、输出电压的瞬时检测和对原始PWM脉冲的驱动，并将各种测量电量输出到所述控制模块；所述控制模块接受所述辅助电路各种检测电量后，按照直接功率控制和单周期控制原理进行数字运算和逻辑处理，并得到原始驱动脉冲，经过驱动后输送到所述功率电路，控制功率器件的通断规律，使得所述功率电路完成功率因数校正，并输出稳定的直流电压；所述控制模块包括电压平方控制外环模块和电流控制内环模块，所述电压平方控制外环模块包括输入电压有效值计算模块、输入电流有效值计算模块、输入功率平均值计算模块、输入功率需求值计算模块、输入功率定标模块和电压平方PI调节模块；所述单周期控制内环模块包括脉冲发生模块、RS触发模块、外部复位积分模块、比较模块和减法模块；其中：所述输入电压有效值计算模块负责根据所述辅助电路中的输入电压检测电路测量得到的输入电压瞬时值，采用滑动窗口的方法处理半个电源周期的输入电压瞬时值，计算得到实时性较高的输入电压有效值；所述输入电流有效值计算模块负责根据所述输入电流检测电路测量得到的输入电流瞬时值，即所述分流电阻的端电压，反映所述升压电感的电流的瞬时值，采用滑动窗口的方法处理半个电源周期的输入电流瞬时值，计算得到实时性较高的输入电流有效值；所述输入功率平均值计算模块负责将所述输入电压有效值计算模块计算得到的输入电压有效值和所述输入电流有效值计算模块计算得到的输入电流有效值进行相乘，得到实时性较强的当前实际输入功率；所述电压平方PI调节模块负责根据所述输出电压检测电路测量得到的直流输出电压瞬时值，对其求平方，然后将已经平方后得到的给定电压平方减去输出电压瞬时值的平方得到平方差，接着对平方差进行比例积分调节，得到控制电压平方的控制量；所述输入功率需求值计算模块负责将所述输入功率平均值计算模块得到的当前实际输入功率和所述电压平方PI调节模块输出的反映输出功率需求变化量的控 制量相加，得到当前需要从电网获取的总功率需求；所述输入功率定标模块将所述输入功率需求值计算模块得到的当前需要从电网获取的总功率需求，除以功率基值，得到标么值，该标么值被送入所述外部复位积分模块，进行数字积分，得到斜率反映标么值大小的斜坡信号，根据单相有源PFC的功率范围和标么值，通过调试确定功率基值；所述脉冲发生模块负责产生与载波同步的脉冲，用于设置后级所述RS触发模块，该同步脉冲的频率即为所述功率电路中的斩波功率器件开关频率；所述减法模块负责将所述输入功率定标模块的标定功率减去所述输入电流检测电路输出的瞬时电流；所述RS触发模块接受来自所述脉冲发生模块的置位信号和来自所述比较模块的复位信号，产生原始的PWM触发信号，送至所述驱动脉冲放大电路，进而驱动所述斩波功率器件，所述RS触发模块同时输出原始PWM触发信号的互补信号，对所述外部复位积分模块产生的斜坡信号进行复位，得到锯齿形载波，该锯齿形载波被送入所述比较模块，再与所述减法模块的输出进行比较，产生所述RS触发模块的复位信号。