電壓平方外環(huán)的單相整流器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種電壓平方外環(huán)的單相整流器，包括功率電路、輔助電路和控制電路，其中：所述功率電路完成單相AC-DC的功率變換；所述輔助電路完成對(duì)輸入電流、輸出電壓、輸出電流的瞬時(shí)檢測(cè)和對(duì)原始PWM脈沖的驅(qū)動(dòng)；所述控制電路接受所述輔助電路各種檢測(cè)電量后，按照直接功率控制和單周期控制原理進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算和邏輯處理，并得到最終原始驅(qū)動(dòng)脈沖，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)后輸送到所述功率電路，控制功率器件的通斷規(guī)律，使得所述功率電路完成功率因數(shù)校正，并輸出穩(wěn)定的直流電壓。本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)的單相交流-直流變換，具有響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)、適應(yīng)較寬范圍負(fù)載變化，且具有負(fù)載跟隨特性，是理想單相功率因數(shù)校正方案。
【專利說(shuō)明】電壓平方外環(huán)的單相整流器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電力電子變換【技術(shù)領(lǐng)域】的一種單相功率因數(shù)校正器(PFC)，具體地，涉及一種電壓平方外環(huán)的單相整流器。
【背景技術(shù)】
[0002]為了抑制采用整流橋的單相AC-DC變換器產(chǎn)生的諧波電流，降低諧波電流干擾，使其符合諧波電流標(biāo)準(zhǔn)，需要采用單相有源功率因數(shù)校正(PFC)技術(shù)。單相有源功率因數(shù)校正技術(shù)具有多種控制策略，如雙閉環(huán)控制、單周期控制等，都能獲得很好的校正效果。其中采用單周期控制的單相有源PFC，功率因數(shù)校正效果好、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、魯棒性強(qiáng)。但是在原理上單周期控制不涉及電壓外環(huán)，但是為了穩(wěn)定輸出直流電壓，必須增加電壓外環(huán)。傳統(tǒng)電壓外環(huán)一般采用電壓誤差放大器，而不采用PID調(diào)節(jié)器，電壓誤差放大器的慣性較大，影響了單周期控制的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。
[0003]直接功率控制是一種直接控制功率變化符合規(guī)定曲線的砰砰控制，在三相PWM整流器、三相有源濾波器以及三相潮流控制器等FACTS范疇的變換器當(dāng)中得到了廣泛的關(guān)注和研究，具有響應(yīng)快速的優(yōu)點(diǎn)。在單相有源PFC領(lǐng)域，尚沒(méi)有這方面應(yīng)用的先例，尤其沒(méi)有綜合直接功率控制和單周期控制的應(yīng)用先例。
[0004]經(jīng)過(guò)對(duì)采用單周期控制原理的單相有源功率因數(shù)校正器現(xiàn)有技術(shù)的檢索，發(fā)現(xiàn)主要有以下代表性文獻(xiàn):
[0005][I]李東和阮新波.《高效率的BOOST型功率因數(shù)校正預(yù)調(diào)節(jié)器》.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào).V24，N0.10,2004.10:153-156，其主要技術(shù)特征是采用UC3854BN模擬控制器，電壓誤差放大器作為電壓外環(huán)，響應(yīng)速度受到影響。
[0006][2]胡宗波和張波等.((BOOST功率因數(shù)校正變換器單周期控制適用性的理論分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證》.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào).V25，N0.21,2005.11:19-23，其主要技術(shù)特征是采用電壓誤差放大器作為電壓外環(huán)，響應(yīng)速度受到影響，沒(méi)有充分發(fā)揮單周期控制的優(yōu)勢(shì)。
[0007][3]何志遠(yuǎn)和韋巍.《基于虛擬磁鏈的PWM整流器直接功率控制研究》.浙江大學(xué)學(xué)報(bào).V38，N0.12,2004.11:1619-1622，其主要技術(shù)特征是三相整流器響應(yīng)速度快，但是由于采用砰砰控制，帶來(lái)開(kāi)關(guān)頻率突變而是引入擾動(dòng)和噪聲，降低系統(tǒng)的可靠性，甚至使得系統(tǒng)的性能發(fā)生惡化。
[0008]綜合以上，對(duì)單相有源功率因數(shù)校正器現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，單周期控制和直接功率控制具有響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)，但是電壓外環(huán)限制了單周期的響應(yīng)速度，傳統(tǒng)直接功率控制開(kāi)關(guān)頻率劇烈變化帶來(lái)系統(tǒng)的潛在不穩(wěn)定。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0009]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本實(shí)用新型的目的是提供一種電壓平方外環(huán)的單相整流器，有效地結(jié)合兩種控制算法的優(yōu)點(diǎn)，并采用開(kāi)關(guān)頻率的調(diào)制策略，不采用砰砰控制，電路簡(jiǎn)單、算法容易、響應(yīng)速度快，尤其適合負(fù)載變化范圍較大工況下的功率因數(shù)校正。[0010]本實(shí)用新型提供一種電壓平方外環(huán)的單相整流器，包括功率電路、輔助電路和控制電路，其中:所述功率電路完成單相AC-DC的功率變換；所述輔助電路連接所述功率電路，完成對(duì)輸入電流、輸出電壓、輸出電流的瞬時(shí)檢測(cè)和對(duì)原始PWM脈沖的驅(qū)動(dòng)，并將各種檢測(cè)的電量輸出到所述控制電路；所述控制電路一端連接所述輔助電路，另一端連接所述功率電路，所述控制電路接受所述輔助電路各種檢測(cè)電量后，按照直接功率控制和單周期控制原理進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算和邏輯處理，并得到最終原始驅(qū)動(dòng)脈沖，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)后輸送到所述功率電路，控制功率器件的通斷規(guī)律，使得所述功率電路完成功率因數(shù)校正，并輸出穩(wěn)定的直流電壓；
[0011]所述控制電路包括電壓平方控制外環(huán)電路和單周期控制內(nèi)環(huán)電路，其中:
[0012]所述電壓平方控制外環(huán)電路包括輸出功率瞬時(shí)值計(jì)算電路、輸出功率期望值計(jì)算電路、輸出功率定標(biāo)電路和電壓平方PI調(diào)節(jié)電路，所述輸出功率瞬時(shí)值計(jì)算電路的第一入口與所述輔助電路中的輸出電壓檢測(cè)電路的輸出端相連，第二入口與所述輔助電路中的輸出電流檢測(cè)電路的輸出端相連，出口與所述輸出功率期望值計(jì)算電路的第一入口相連；所述輸出功率期望值計(jì)算電路的第二入口與所述電壓平方PI調(diào)節(jié)電路的出口相連，出口與所述輸出功率定標(biāo)電路的入口相連；所述輸出功率定標(biāo)電路的出口分別與所述單周期控制內(nèi)環(huán)電路中的外部復(fù)位積分電路的第一入口、減法電路的第一入口相連；所述電壓平方PI調(diào)節(jié)電路的第一入口與所述輔助電路中的輸出電壓檢測(cè)電路的輸出端相連，第二入口為給定電壓平方；
[0013]所述單周期控制內(nèi)環(huán)電路包括脈沖發(fā)生電路、RS觸發(fā)電路、外部復(fù)位積分電路、t匕較電路和減法電路，所述脈沖發(fā)生電路的出口與所述RS觸發(fā)電路的第一入口相連；所述RS觸發(fā)電路的第二入口與所述比較電路的出口相連，第一出口與所述外部復(fù)位積分電路的第二入口相連，第二出口與所述輔助電路中的驅(qū)動(dòng)脈沖放大電路的輸入端相連；所述外部復(fù)位積分電路的出口與所述比較電路的第一入口相連；所述比較電路的第二入口與所述減法電路的出口相連；所述減法電路的第二入口與所述輔助電路中的輸入電流檢測(cè)電路的輸出端相連。
[0014]優(yōu)選地，所述功率電路包括依次連接的整流電路、升壓電路、分流電路和分壓電路，其中:
[0015]所述整流電路包括并聯(lián)于網(wǎng)側(cè)的交流電容和由第一、第二、第三、第四二極管構(gòu)成的單相整流橋，所述交流電容的兩端并聯(lián)于交流網(wǎng)側(cè)，所述單相整流橋的第一橋臂包括串聯(lián)的所述第一、第二二極管，所述單相整流橋的第二橋臂包括串聯(lián)的所述第三、第四二極管，所述第一、第二橋臂的高端共陰極相連形成正極，所述第一、第二橋臂的低端共陽(yáng)極相連形成負(fù)極，所述第一、第二橋臂的中點(diǎn)與所述交流電容的兩端相連；
[0016]所述升壓電路包括升壓電感、反向快速恢復(fù)二極管、斬波功率器件和電解電容，所述升壓電感的一端與所述整流電路中的所述單相整流橋正極相連，另一端與所述反向快速恢復(fù)二極管的陽(yáng)極、所述斬波功率器件的集電極相連，所述反向快速恢復(fù)二極管的陰極與所述電解電容的正極相連后形成直流輸出正極，所述斬波功率器件的發(fā)射電極與所述電解電容的負(fù)極相連后形成直流輸出負(fù)極；
[0017]所述分流電路包括第一分流電阻、第二分流電阻，所述第一分流電阻的一端與所述整流電路中的所述單相整流橋的負(fù)極相連，另一端與所述升壓電路中的所述斬波功率器件的發(fā)射電極、所述電解電容的負(fù)極相連，所述第二分流電阻的一端與所述升壓電路中的所述電解電容的負(fù)極、所述斬波功率器件的發(fā)射極相連，另一端與所述分壓電路相連；
[0018]所述分壓電路即輸出分壓電路，包括串聯(lián)后并聯(lián)于整流電路輸出端的第一電阻、第二電阻，所述第一電阻的一端與所述升壓電路中的所述反向快恢復(fù)二極管的陰極、所述電解電容的正極相連，另一端與所述第二電阻的一端相連，所述第二電阻的另一端與所述分流電路中的所述第二分流電阻的另一端相連。
[0019]優(yōu)選地，所述輔助電路包括輸入電流檢測(cè)電路、輸出電流檢測(cè)電路、輸出電壓檢測(cè)電路和驅(qū)動(dòng)脈沖放大電路，其中:所述輸入電流檢測(cè)電路的輸入端與所述功率電路中的所述第一分流電阻的一端相連，所述輸出電流檢測(cè)電路的輸入端與所述功率電路中的所述第二分流電阻的另一端相連，所述輸出電壓檢測(cè)電路的輸入端與所述功率電路中的所述輸出分壓電路的中點(diǎn)相連，所述驅(qū)動(dòng)脈沖放大電路的輸出端與所述功率電路中的所述斬波功率器件的門(mén)極相連。
[0020]優(yōu)選地，所述電壓平方控制外環(huán)電路，其中:
[0021]所述輸出功率瞬時(shí)值計(jì)算電路負(fù)責(zé)根據(jù)所述輸出電壓檢測(cè)電路測(cè)量得到的輸出直流電壓瞬時(shí)值和所述輸出電流檢測(cè)電路測(cè)量得到的輸出直流電流瞬時(shí)值，計(jì)算得到實(shí)時(shí)性較高的輸出功率瞬時(shí)值；
[0022]所述電壓平方PI調(diào)節(jié)電路負(fù)責(zé)根據(jù)所述輸出電壓檢測(cè)電路測(cè)量得到的直流輸出電壓瞬時(shí)值對(duì)其求平方，然后將已經(jīng)平方后得到的給定電壓平方減去輸出電壓瞬時(shí)值的平方得到平方差，接著對(duì)平方差進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)得到控制電壓平方的控制量，該控制量是反映輸出功率需求變化量的控制量，同時(shí)也是維持輸出電壓穩(wěn)定不變的控制量；
[0023]所述輸出功率期望值計(jì)算電路負(fù)責(zé)將所述輸出功率瞬時(shí)值計(jì)算電路得到的當(dāng)前實(shí)際輸出功率和所述電壓平方PI調(diào)節(jié)電路得到的反映輸出功率需求變化量的控制量相力口，得到當(dāng)前需要從電網(wǎng)獲取的總功率需求，為直流量；
[0024]所述輸出功率定標(biāo)電路負(fù)責(zé)將所述輸出功率期望值計(jì)算電路得到的當(dāng)前需要從電網(wǎng)獲取的總功率需求除以功率基值，得到標(biāo)么值，該標(biāo)么值一路輸送入所述外部復(fù)位積分電路進(jìn)行數(shù)字積分，得到斜率反映標(biāo)么值大小的斜坡信號(hào)，根據(jù)單相有源PFC的功率范圍和標(biāo)么值，通過(guò)調(diào)試確定功率基值，另一路輸送入所述減法電路；
[0025]優(yōu)選地，所述單周期控制內(nèi)環(huán)電路，其中:
[0026]所述脈沖發(fā)生電路負(fù)責(zé)產(chǎn)生與載波同步的脈沖，用于設(shè)置后級(jí)所述RS觸發(fā)電路，該同步脈沖的頻率即為所述功率電路中所述斬波功率器件的開(kāi)關(guān)頻率；
[0027]所述減法電路負(fù)責(zé)將所述輸出功率定標(biāo)電路的標(biāo)定輸出功率減去所述輸入電流檢測(cè)電路輸出的瞬時(shí)電流；
[0028]所述RS觸發(fā)電路負(fù)責(zé)接受來(lái)自所述脈沖發(fā)生電路的置位信號(hào)和來(lái)自所述比較電路的復(fù)位信號(hào)，產(chǎn)生原始的PWM觸發(fā)信號(hào)并輸送至所述驅(qū)動(dòng)脈沖放大電路，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)所述斬波功率器件，同時(shí)所述RS觸發(fā)電路輸出原始PWM觸發(fā)信號(hào)的互補(bǔ)信號(hào)，對(duì)所述外部復(fù)位積分電路產(chǎn)生的斜坡信號(hào)進(jìn)行復(fù)位得到鋸齒形載波，該鋸齒形載波被送入所述比較電路，所述比較電路將該載波信號(hào)與所述減法電路的輸出進(jìn)行比較，產(chǎn)生所述RS觸發(fā)電路的復(fù)位信號(hào)。
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下的有益效果:[0030]本實(shí)用新型有機(jī)地將直接功率控制與單周期控制相結(jié)合，設(shè)計(jì)單相有源PFC的控制電路，利用直接控制功率動(dòng)態(tài)響應(yīng)快的特點(diǎn)設(shè)計(jì)電壓平方控制外環(huán)電路，適應(yīng)快速的負(fù)載變化，但是不采用砰砰控制，開(kāi)關(guān)頻率恒定，同時(shí)利用單周期控制響應(yīng)速度快和抗擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)控制內(nèi)環(huán)，改善動(dòng)態(tài)特性和提高抗干擾能力；采用直接功率控制外環(huán)，還有利于實(shí)現(xiàn)單相有源PFC的功率跟隨特性，當(dāng)負(fù)載較重時(shí)輸出直流電壓平均下降，反之增加，結(jié)果有利于改善功率電路中升壓電感的設(shè)計(jì)難度；本實(shí)用新型控制電路的設(shè)計(jì)更加靈活高效，動(dòng)靜態(tài)性能得以提升，并且能夠適應(yīng)負(fù)載的隨機(jī)變化，無(wú)論重載或輕載，都可以獲得較高的功率因數(shù)校正效果。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0031]通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本實(shí)用新型的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0032]圖1為本實(shí)用新型電壓平方外環(huán)的單相整流器的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本實(shí)用新型，但不以任何形式限制本實(shí)用新型。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0034]如圖1所示，本實(shí)施例提供一種電壓平方外環(huán)的單相整流器，包括功率電路1、輔助電路2和控制電路3，其中:所述功率電路I完成單相AC-DC的功率變換；所述輔助電路2連接所述功率電路1，完成對(duì)電感電流(即輸入電流)、輸出電壓、輸出電流(即輸出直流負(fù)載電流)的瞬時(shí)檢測(cè)和對(duì)原始PWM脈沖的驅(qū)動(dòng)，并將各種測(cè)量的電量輸出到所述控制電路3 ;所述控制電路3接受所述輔助電路2各種檢測(cè)電量后，按照直接功率控制和單周期控制原理進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算和邏輯處理，并得到最終原始驅(qū)動(dòng)脈沖，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)后輸送到所述功率電路1，控制功率器件的通斷規(guī)律，使得所述功率電路I完成功率因數(shù)校正，并輸出穩(wěn)定的直流電壓。
[0035]本實(shí)施例所述功率電路I即完整的單相功率因數(shù)校正器的功率電路，包括依次連接的整流電路、升壓電路、分流電路和分壓電路，其中:
[0036]所述整流電路包括并聯(lián)于網(wǎng)側(cè)的交流電容Cl和由第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4構(gòu)成的單相整流橋BI，所述交流電容Cl的兩端并聯(lián)于交流網(wǎng)側(cè)，所述單相整流橋BI的第一橋臂包括串聯(lián)的所述第一二極管Dl和所述第二二極管D2，所述單相整流橋BI的第二橋臂包括串聯(lián)的所述第三二極管D3和所述第四二極管D4，所述第一、第二橋臂的高端共陰極相連形成正極，所述第一、第二橋臂的低端共陽(yáng)極相連形成負(fù)極，所述第一、第二橋臂的中點(diǎn)與所述交流電容Cl的兩端相連；
[0037]所述升壓電路包括升壓電感L1、反向快速恢復(fù)二極管FRDl、斬波功率器件SI和電解電容E1，所述升壓電感LI的一端與所述整流電路中的所述單相整流橋BI正極相連，其另一端與所述反向快速恢復(fù)二極管FRDl的陽(yáng)極、所述斬波功率器件SI的集電極相連，所述反向快速恢復(fù)二極管FRDl的陰極與所述電解電容El的正極相連后形成直流輸出正極，所述斬波功率器件SI的發(fā)射電極與所述電解電容El的負(fù)極相連后形成直流輸出負(fù)極；
[0038]所述分流電路包括第一分流電阻R1、第二分流電阻R2，所述第一分流電阻Rl的一端與所述整流電路I中的所述單相整流橋BI的負(fù)極相連，另一端與所述升壓電路中的所述斬波功率器件SI的發(fā)射電極、所述電解電容El的負(fù)極相連，所述第二分流電阻R2的一端與所述升壓電路中的所述電解電容El的負(fù)極、所述斬波功率器件SI的發(fā)射極相連，另一端與所述分壓電路相連；
[0039]所述分壓電路即輸出分壓電路，包括串聯(lián)后并聯(lián)于整流電路輸出端的第一分壓電阻R3、第二分壓電阻R4，所述第一分壓電阻R3的一端與所述升壓電路中的所述反向快恢復(fù)二極管FRDl的陰極、所述電解電容El的正極相連，另一端與所述第二分壓電阻R4的一端相連，所述第二分壓電阻R4的另一端與所述分流電路中的所述第二分流電阻R2的另一端相連。
[0040]本實(shí)施例所述輔助電路2包括輸入電流檢測(cè)電路P1、輸出電流檢測(cè)電路P2、輸出電壓檢測(cè)電路P3和驅(qū)動(dòng)脈沖放大電路P4，其中:所述輸入電流檢測(cè)電路Pl的輸入端與所述功率電路I中的所述第一分流電阻Rl的一端相連，所述輸出電流檢測(cè)電路P2的輸入端與所述功率電路I中的所述第二分流電阻R2的另一端相連，所述輸出電壓檢測(cè)電路P3的輸入端與所述功率電路I中的所述輸出分壓電路的中點(diǎn)相連，所述驅(qū)動(dòng)脈沖放大電路P4的輸出端與所述功率電路I中的所述斬波功率器件SI的門(mén)極相連。
[0041]本實(shí)施例所述控制電路3包括完成控制算法的九個(gè)數(shù)字電路，分為電壓平方控制外環(huán)電路和單周期控制內(nèi)環(huán)電路，其中:
[0042]所述電壓平方控制外環(huán)電路包括四個(gè)數(shù)字電路，即輸出功率瞬時(shí)值計(jì)算電路U1、輸出功率期望值計(jì)算電路U3、輸出功率定標(biāo)電路U4和電壓平方PI調(diào)節(jié)電路U2，其中:所述輸出功率瞬時(shí)值計(jì)算電路Ul的第一入口與所述輔助電路2中的所述輸出電壓檢測(cè)電路P3的輸出端相連，其第二入口與所述輔助電路2中的所述輸出電流檢測(cè)電路P2的輸出端相連，其出口與所述輸出功率期望值計(jì)算電路U3的第一入口相連；所述輸出功率期望值計(jì)算電路U3的第二入口與所述電壓平方PI調(diào)節(jié)電路U2的出口相連，其出口與所述輸出功率定標(biāo)電路U4的入口相連；所述輸出功率定標(biāo)電路U4的出口分別與所述單周期控制內(nèi)環(huán)電路中的外部復(fù)位積分電路U6的第一入口、減法電路U5的第一入口相連；所述電壓平方PI調(diào)節(jié)電路U2的第一入口與所述輔助電路2中的輸出電壓檢測(cè)電路P3的輸出端相連，其第二入口為給定電壓平方；
[0043]所述單周期控制內(nèi)環(huán)電路包括五個(gè)數(shù)字電路，即脈沖發(fā)生電路U7、RS觸發(fā)電路U8、外部復(fù)位積分電路U6、比較電路U9和減法電路U5，其中:所述脈沖發(fā)生電路U7的出口與所述RS觸發(fā)電路U8的第一入口相連；所述RS觸發(fā)電路U8的第二入口與所述比較電路U9的出口相連，其第一出口與所述外部復(fù)位積分電路U6的第二入口相連，其第二出口與所述輔助電路2中的所述驅(qū)動(dòng)脈沖放大電路P4的輸入端相連；所述外部復(fù)位積分電路U6的出口與所述比較電路U9的第一入口相連；所述比較電路U9的第二入口與所述減法電路U5的出口相連；所述減法電路U5的第二入口與所述輔助電路2中的所述輸入電流檢測(cè)電路Pl的輸出端相連。
[0044]本實(shí)施例的工作原理是采用所述功率電路1、所述輔助電路2和所述控制電路3實(shí)現(xiàn)電壓平方外環(huán)的單相整流器的全部功能，其中，所述功率電路I為傳統(tǒng)的單相有源PFC的功率電路；所述輔助電路2也包含常用的功率電路中各種必要電量的檢測(cè)電路和功率器件的驅(qū)動(dòng)電路，所不同的是采用了直接面向網(wǎng)側(cè)功率的控制算法來(lái)實(shí)現(xiàn)單相有源PFC的功能；所述控制電路3為核心部分，用以實(shí)現(xiàn)單相功率因數(shù)校正器的直接網(wǎng)側(cè)功率控制算法，具體的:
[0045]所述輸出功率瞬時(shí)值計(jì)算電路Ul負(fù)責(zé)根據(jù)所述輸出電壓檢測(cè)電路P3測(cè)量得到的輸出直流電壓瞬時(shí)值和所述輸出電流檢測(cè)電路P2測(cè)量得到的輸出直流電流瞬時(shí)值，計(jì)算得到實(shí)時(shí)性較高的輸出功率瞬時(shí)值；
[0046]所述電壓平方PI調(diào)節(jié)電路U2負(fù)責(zé)根據(jù)所述輸出電壓檢測(cè)電路P3測(cè)量得到的直流輸出電壓瞬時(shí)值對(duì)其求平方，然后將給定電壓平方(實(shí)際為已經(jīng)平方后得到的給定電壓)減去輸出電壓瞬時(shí)值的平方得到平方差，接著對(duì)平方差進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)(PI)得到控制電壓平方的控制量，該控制量是反映輸出功率需求變化量的控制量，同時(shí)也是維持輸出電壓穩(wěn)定不變的控制量；
[0047]所述輸出功率期望值計(jì)算電路U3負(fù)責(zé)將所述輸出功率瞬時(shí)值計(jì)算電路Ul得到的當(dāng)前實(shí)際輸出功率和所述電壓平方PI調(diào)節(jié)電路U2得到的反映輸出功率需求變化量的控制量相加，得到當(dāng)前需要從電網(wǎng)獲取的總功率需求，為直流量；
[0048]所述輸出功率定標(biāo)電路U4負(fù)責(zé)將所述輸出功率期望值計(jì)算電路U3得到的當(dāng)前需要從電網(wǎng)獲取的總功率需求除以功率基值，得到標(biāo)么值，該標(biāo)么值一路輸送入所述外部復(fù)位積分電路U6進(jìn)行數(shù)字積分得到斜率反映標(biāo)么值大小的斜坡信號(hào)，根據(jù)單相有源PFC的功率范圍和標(biāo)么值，通過(guò)調(diào)試確定功率基值，另一路輸送入所述減法電路U5 ；
[0049]所述脈沖發(fā)生電路U7負(fù)責(zé)產(chǎn)生與載波同步的脈沖，用于設(shè)置后級(jí)所述RS觸發(fā)電路U8，[S]表示置位端具有高于復(fù)位端的優(yōu)先權(quán)，該同步脈沖的頻率即為所述功率電路I中的所述斬波功率器件SI的開(kāi)關(guān)頻率；
[0050]所述減法電路U5負(fù)責(zé)將所述輸出功率定標(biāo)電路U4的標(biāo)定輸出功率減去所述輸入電流檢測(cè)電路Pl輸出的瞬時(shí)電流；
[0051]所述RS觸發(fā)電路U8負(fù)責(zé)接受來(lái)自所述脈沖發(fā)生電路U7的置位信號(hào)和來(lái)自所述比較電路U9的復(fù)位信號(hào)，產(chǎn)生原始的PWM觸發(fā)信號(hào)并輸送至所述輔助電路2中的所述驅(qū)動(dòng)脈沖放大電路P4，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)所述功率電路I中的所述斬波功率器件SI ;同時(shí)所述RS觸發(fā)電路U8輸出原始PWM觸發(fā)信號(hào)的互補(bǔ)信號(hào)對(duì)所述外部復(fù)位積分電路U6產(chǎn)生的斜坡信號(hào)進(jìn)行復(fù)位得到鋸齒形載波，該鋸齒形載波被送入所述比較電路U9，所述比較電路U9將該載波信號(hào)與所述減法電路U5的輸出進(jìn)行比較，產(chǎn)生所述RS觸發(fā)電路U8的復(fù)位信號(hào)。
[0052]本實(shí)例中:交流輸入電壓寬范圍，85VAC?264VAC，工頻，額定輸入電壓220VAC，額定輸出直流電壓平均值385VDC，紋波電壓峰峰值為10V，額定輸出功率3.5kff,功率基值為
3.5kff ；
[0053]開(kāi)關(guān)頻率:35kHz；
[0054]交流電容Cl:275V，1.0yF ?2.2μ F，插件；
[0055]單相整流橋BI (Dl ?D4):600V，25A/100°C，扁橋，插件；
[0056]升壓電感L1:350 μ H,插件；
[0057]斬波功率器件SI:600V, 50A/100°C ；
[0058]反向快速恢復(fù)二極管FRDl:600V, 35A/100°C ；[0059]電解電容 El:4χ680μ F，400V ;
[0060]第一分流電阻Rl:15ι?Ω，2W ;
[0061]第二分流電阻R2:15m Ω，2W ;
[0062]第一分壓電阻R3:200kΩ , 1/2W,插件；
[0063]第二分壓電阻R4:lkQ，l/2W，插件；
[0064]參考電壓U2ref:2.0V2 ；
[0065]輔助電路:常用的濾波電路和驅(qū)動(dòng)電路；
[0066]數(shù)字信號(hào)處理器:用于控制電路，選用支持浮點(diǎn)運(yùn)算的TMS320F28355。
[0067]以上對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本實(shí)用新型并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種電壓平方外環(huán)的單相整流器，其特征在于，包括功率電路、輔助電路和控制電路，其中:所述功率電路完成單相AC-DC的功率變換；所述輔助電路連接所述功率電路，完成對(duì)輸入電流、輸出電壓、輸出電流的瞬時(shí)檢測(cè)和對(duì)原始PWM脈沖的驅(qū)動(dòng)，并將各種檢測(cè)的電量輸出到所述控制電路；所述控制電路一端連接所述輔助電路，另一端連接所述功率電路，所述控制電路接受所述輔助電路各種檢測(cè)電量后，按照直接功率控制和單周期控制原理進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算和邏輯處理，并得到最終原始驅(qū)動(dòng)脈沖，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)后輸送到所述功率電路，控制功率器件的通斷規(guī)律，使得所述功率電路完成功率因數(shù)校正，并輸出穩(wěn)定的直流電壓； 所述控制電路包括電壓平方控制外環(huán)電路和單周期控制內(nèi)環(huán)電路，其中: 所述電壓平方控制外環(huán)電路包括輸出功率瞬時(shí)值計(jì)算電路、輸出功率期望值計(jì)算電路、輸出功率定標(biāo)電路和電壓平方PI調(diào)節(jié)電路，所述輸出功率瞬時(shí)值計(jì)算電路的第一入口與所述輔助電路中的輸出電壓檢測(cè)電路的輸出端相連，第二入口與所述輔助電路中的輸出電流檢測(cè)電路的輸出端相連，出口與所述輸出功率期望值計(jì)算電路的第一入口相連；所述輸出功率期望值計(jì)算電路的第二入口與所述電壓平方PI調(diào)節(jié)電路的出口相連，出口與所述輸出功率定標(biāo)電路的入口相連；所述輸出功率定標(biāo)電路的出口分別與所述單周期控制內(nèi)環(huán)電路中的外部復(fù)位積分電路的第一入口、減法電路的第一入口相連；所述電壓平方PI調(diào)節(jié)電路的第一入口與所述輔助電路中的輸出電壓檢測(cè)電路的輸出端相連，第二入口為給定電壓平方； 所述單周期控制內(nèi)環(huán)電路包括脈沖發(fā)生電路、RS觸發(fā)電路、外部復(fù)位積分電路、比較電路和減法電路，所述脈沖發(fā)生電路的出口與所述RS觸發(fā)電路的第一入口相連；所述RS觸發(fā)電路的第二入口與所述比較電路的出口相連，第一出口與所述外部復(fù)位積分電路的第二入口相連，第二出口與所述輔助電路中的驅(qū)動(dòng)脈沖放大電路的輸入端相連；所述外部復(fù)位積分電路的出口與所述比較電路的第一入口相連；所述比較電路的第二入口與所述減法電路的出口相連；所述減法電路的第二入口與所述輔助電路中的輸入電流檢測(cè)電路的輸出端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電壓平方外環(huán)的單相整流器，其特征在于，所述功率電路包括依次連接的整流電路、升壓電路、分流電路和分壓電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電壓平方外環(huán)的單相整流器，其特征在于，所述整流電路包括并聯(lián)于網(wǎng)側(cè)的交流電容和由第一、第二、第三、第四二極管構(gòu)成的單相整流橋，所述交流電容的兩端并聯(lián)于交流網(wǎng)側(cè)，所述單相整流橋的第一橋臂包括串聯(lián)的所述第一、第二二極管，所述單相整流橋的第二橋臂包括串聯(lián)的所述第三、第四二極管，所述第一、第二橋臂的高端共陰極相連形成正極，所述第一、第二橋臂的低端共陽(yáng)極相連形成負(fù)極，所述第一、第二橋臂的中點(diǎn)與所述交流電容的兩端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電壓平方外環(huán)的單相整流器，其特征在于，所述升壓電路包括升壓電感、反向快速恢復(fù)二極管、斬波功率器件和電解電容，所述升壓電感的一端與所述單相整流橋正極相連，另一端與所述反向快速恢復(fù)二極管的陽(yáng)極、所述斬波功率器件的集電極相連，所述反向快速恢復(fù)二極管的陰極與所述電解電容的正極相連后形成直流輸出正極，所述斬波功率器件的發(fā)射電極與所述電解電容的負(fù)極相連后形成直流輸出負(fù)極。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種電壓平方外環(huán)的單相整流器，其特征在于，所述分流電路包括第一分流電阻、第二分流電阻，所述第一分流電阻的一端與所述整流電路中的所述單相整流橋的負(fù)極相連，另一端與所述升壓電路中的所述斬波功率器件的發(fā)射電極、所述電解電容的負(fù)極相連，所述第二分流電阻的一端與所述升壓電路中的所述電解電容的負(fù)極、所述斬波功率器件的發(fā)射極相連，另一端與所述分壓電路相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種電壓平方外環(huán)的單相整流器，其特征在于，所述分壓電路即輸出分壓電路，包括串聯(lián)后并聯(lián)于整流電路輸出端的第一電阻、第二電阻，所述第一電阻的一端與所述升壓電路中的所述反向快恢復(fù)二極管的陰極、所述電解電容的正極相連，另一端與所述第二電阻的一端相連，所述第二電阻的另一端與所述分流電路中的所述第二分流電阻的另一端相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種電壓平方外環(huán)的單相整流器，其特征在于，所述輔助電路包括輸入電流檢測(cè)電路、輸出電流檢測(cè)電路、輸出電壓檢測(cè)電路和驅(qū)動(dòng)脈沖放大電路，其中:所述輸入電流檢測(cè)電路的輸入端與所述功率電路中的第一分流電阻的一端相連，所述輸出電流檢測(cè)電路的輸入端與所述功率電路中的第二分流電阻的另一端相連，所述輸出電壓檢測(cè)電路的輸入端與所述功率電路中的輸出分壓電路的中點(diǎn)相連，所述驅(qū)動(dòng)脈沖放大電路的輸出端與所述功率電路中的斬波功率器件的門(mén)極相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的一種電壓平方外環(huán)的單相整流器，其特征在于，所述電壓平方控制外環(huán)電路中: 所述輸出功率瞬時(shí)值計(jì)算電路負(fù)責(zé)根據(jù)所述輸出電壓檢測(cè)電路測(cè)量得到的輸出直流電壓瞬時(shí)值和所述輸出電流檢測(cè)電路測(cè)量得到的輸出直流電流瞬時(shí)值，計(jì)算得到實(shí)時(shí)性較高的輸出功率瞬時(shí)值； 所述電壓平方PI調(diào)節(jié)電 路負(fù)責(zé)根據(jù)所述輸出電壓檢測(cè)電路測(cè)量得到的直流輸出電壓瞬時(shí)值對(duì)其求平方，然后將已經(jīng)平方后得到的給定電壓平方減去輸出電壓瞬時(shí)值的平方得到平方差，接著對(duì)平方差進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)得到控制電壓平方的控制量，該控制量是反映輸出功率需求變化量的控制量，同時(shí)也是維持輸出電壓穩(wěn)定不變的控制量； 所述輸出功率期望值計(jì)算電路負(fù)責(zé)將所述輸出功率瞬時(shí)值計(jì)算電路得到的當(dāng)前實(shí)際輸出功率和所述電壓平方PI調(diào)節(jié)電路得到的反映輸出功率需求變化量的控制量相加，得到當(dāng)前需要從電網(wǎng)獲取的總功率需求，為直流量； 所述輸出功率定標(biāo)電路負(fù)責(zé)將所述輸出功率期望值計(jì)算電路得到的當(dāng)前需要從電網(wǎng)獲取的總功率需求除以功率基值，得到標(biāo)么值，該標(biāo)么值一路輸送入所述外部復(fù)位積分電路進(jìn)行數(shù)字積分，得到斜率反映標(biāo)么值大小的斜坡信號(hào)，根據(jù)單相有源PFC的功率范圍和標(biāo)么值，通過(guò)調(diào)試確定功率基值，另一路輸送入所述減法電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的一種電壓平方外環(huán)的單相整流器，其特征在于，所述單周期控制內(nèi)環(huán)電路中: 所述脈沖發(fā)生電路負(fù)責(zé)產(chǎn)生與載波同步的脈沖，用于設(shè)置后級(jí)所述RS觸發(fā)電路，該同步脈沖的頻率即為所述功率電路中所述斬波功率器件的開(kāi)關(guān)頻率； 所述減法電路負(fù)責(zé)將所述輸出功率定標(biāo)電路的標(biāo)定輸出功率減去所述輸入電流檢測(cè)電路輸出的瞬時(shí)電流； 所述RS觸發(fā)電路負(fù)責(zé)接受來(lái)自所述脈沖發(fā)生電路的置位信號(hào)和來(lái)自所述比較電路的復(fù)位信號(hào)，產(chǎn)生原始的PWM觸發(fā)信號(hào)并輸送至所述驅(qū)動(dòng)脈沖放大電路，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)所述斬波功率器件，同時(shí)所述RS 觸發(fā)電路輸出原始PWM觸發(fā)信號(hào)的互補(bǔ)信號(hào)，對(duì)所述外部復(fù)位積分電路產(chǎn)生的斜坡信號(hào)進(jìn)行復(fù)位得到鋸齒形載波，該鋸齒形載波被送入所述比較電路，所述比較電路將該載波信號(hào)與所述減法電路的輸出進(jìn)行比較，產(chǎn)生所述RS觸發(fā)電路的復(fù)位信號(hào)。
【文檔編號(hào)】H02M1/42GK203399006SQ201320263379
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年5月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月14日
【發(fā)明者】曾超, 唐思文, 楊喜軍 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)