專利名稱：半橋型pfc母線均壓控制方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及半橋型(Half-Bridge Boost)PFC(功率因數校正電路)母線均壓控制方法及裝置。
然而單純采用圖2所示的控制框圖可能會有問題，實際上電路的上、下橋臂及其驅動單元的元器件總是有離散性，即上、下橋臂不完全對稱，導致兩個電容Cp、Cn上的平均電壓有差別，即Vd＝Vp-Vn(Vp，Vn分別是正、負母線電壓在一個工頻周期內的平均值)不為零，此外如果兩個電容所帶的負載不對稱，也會使Vd不為零。如果對此差別不加以抑制，有時會很大，使電路的輸入電壓范圍變窄，甚至使電路不能正常工作。因此有必要采取正、負母線均壓措施，使兩個電容上的平均電壓盡可能相等。
因為正、負母線電壓不均衡是由正負母線電容電流不均衡造成(嚴格說由電容電流和電容量不匹配造成，如果正、負母線電解電容的電容量有差別，即使電流一樣，母線電壓也不一樣)，因此直接的想法就是控制輸入電流(要流入電容)，使電容均壓，因此需要修正電流參考值。按一般思路就會采取如下方案要均壓就要均流，從而就要修正電流指令。圖3就是一種基于此種思路的方案，與圖2的基本控制方案相比，增加了第三個控制環----均壓環，把Vd送至新增的一個調節器Gd，其輸出迭加到電流指令上，從而實現自動母線均壓。
但這種方案中，均壓環會影響輸入電流指令，從而使電流指令有畸變，最終使輸入電流的THD(失真度)加大；電流內環的調節器參數變化也會影響均壓環的增益，均壓環的參數也要相應調整。
為實現上述目的，本發明提出一種半橋型PFC母線均壓控制方法，包括產生原始占空比信號的步驟；求取正負母線電壓差的步驟；將正負母線電壓差進行比例-積分-微分變換得到占空比補償量信號的步驟；其特征在于還包括如下步驟將原始占空比信號和占空比補償量信號疊加，得到占空比信號的步驟；將所述占空比信號脈寬調制，產生控制上下橋臂開關器件兩個驅動信號的步驟。
為實現上述目的，本發明還提出一種半橋型PFC母線均壓控制裝置，包括用于產生原始占空比信號的裝置；用于求取正負母線電壓差的裝置；用于將正負母線電壓之差變換為占空比補償量信號的均壓調節器；其特征是所述半橋型PFC母線均壓控制裝置還包括用于將原始占空比信號和占空比補償量信號疊加，并產生占空比信號的加法器；用于將占空比信號進行脈寬調制，產生控制上下橋臂開關器件兩個驅動信號的脈寬調制裝置。
由于采用了以上的方案，實破了“要均壓就要均流、從而就要修正電流指令”的習慣模式，把均壓環的輸出直接迭加到占空比信號上，通過修正占空比，修改橋臂中點的電位，從而間接修正輸入電流，而不是把均壓環的輸出接到電流環的前端。這樣，即使有電流環存在，電流內環的調節器參數調整是獨立的，其變化不會影響均壓環的增益，均壓環的參數只需一次調整好，以后無須在根據電流環增益響應做相應調整。而均壓環也不會影響電流環，從而使電流指令畸變小，輸入電流的THD不會因為有了均壓環而變大。
圖2是常規PFC電路控制示意圖。
圖3是現有技術中的一種正負母線均壓控制方案示意圖。
圖4是本發明改進的正負母線均壓控制方案示意圖。
圖5是利用本發明均壓控制方案的一個半橋PFC電路示意圖。
其中Sp、Sn——上下橋臂的開關器件；Dp、Dn——開關器件的反并聯二極管；Gp、Gn——開關器件的驅動信號(控制信號)；Cp、Cn——正負母線的濾波電容；L——PFC升壓電感；iL——輸入電感電流；Vs——輸入市電電壓；+BUS、-BUS——正負母線；Vo——輸出電壓；Vp、Vn——正負母線電容電壓；R——輸出負載；Vr——輸出電壓指令值；Gv——電壓調節器；ir——輸入電感電流的指令值；Gc——電流調節器；PWM——脈寬調制電路；Gd——均壓調節器。
Gd′——均壓調節器。
do——原始占空比信號d——占空比信號db——占空比補償量信號Vr輸出電壓指令值(信號)Ve輸出電壓誤差(信號)imr輸入電流幅值指令(信號)ie輸入電流誤差(信號)Vsen母線電壓檢測(傳感)器id輸入電感電流的指令值的補償量一個改進的正、負母線均壓控制方案見圖4。它包括電流調節器Gc、電壓調節器Gv、均壓調節器Gd′、脈寬調制電路PWM。脈寬調制電路PWM的輸入端接占空比信號d，輸出端有兩路，分別作為驅動信號Gp、Gn接至上下橋臂的開關器件Sp、Sn的控制端。
電壓調節器Gv為外環，其輸入端與比較器相連，該比較器的輸入端分別接輸出電壓Vo(Vo＝Vp+Vn)和輸出電壓指令值Vr；電壓調節器Gv的輸出(imr)與輸入市電電壓Vs(或者與輸入市電同步的正弦信號Vs)相乘后作為輸入電感電流值的指令值ir接電流環前端的比較器。
電流調節器Gc為內環，其輸入端與比較器相連，該比較器的輸入端分別接輸入電感電流iL和輸入電感電流值的指令值ir；電流調節器Gc的輸出端得到原始占空比信號do。
均壓調節器Gd′的輸入端接正負母線電壓之差Vd，由于正負母線上可能有紋波，因此這個電壓差可以用正負母線電壓在一個工頻周期內的平均值之差，均壓調節器Gd′的輸出端為占空比補償量信號db，它直接迭加到原始占空比信號do上，得到最終的占空比信號d。
其具體應用例見圖5，其中虛線部分即為控制部分，該部分完全由DSP(數字信號處理器)完成，Gv和過程Gc都采用PID控制器。由于改用DSP完成均壓，因此對于用DSP進行控制的UPS來說，不增加任何成本，且可靠性提高。
可見，本發明是把均壓環輸出直接迭加到占空比信號d上(電流環的輸出)，而不是迭加到電流環的指令。其優點在于1、均壓環不會影響輸入電流指令，從而使電流指令畸變小，輸入電流的THD不會有了均壓環而變大；2、電流內環的調節器參數調整是獨立的，其變化不會影響均壓環的增益，均壓環的參數只需一次調整好，以后無須在根據電流環增益響應做相應調整。
權利要求
1.半橋型PFC母線均壓控制方法，包括以下步驟產生原始占空比信號(do)的步驟；求取正負母線電壓差(Vd)的步驟；將正負母線電壓差(Vd)進行比例—積分—微分變換得到占空比補償量信號(db)的步驟；其特征在于還包括如下步驟將原始占空比信號(do)和占空比補償量信號(db)疊加，得到占空比信號(d)的步驟；將所述占空比信號(d)脈寬調制，產生控制上下橋臂開關器件(Sp、Sn)兩個驅動信號(Gp、Gn)的步驟。
2.如權利要求1所述的半橋型PFC母線均壓控制方法，其特征是所述原始占空比信號(do)由輸入電感電流(iL)與輸入電感電流值的指令值(ir)相減，并將所得誤差(ie)經比例—積分—微分變換得到。
3.如權利要求2所述的半橋型PFC母線均壓控制方法，其特征是所述輸入電感電流值的指令值(ir)由輸出電壓(Vo)與輸出電壓指令值(Vr)相減，所得誤差(Ve)經比例—積分—微分變換，再和一個與輸入市電電壓(Vs)同相位的正弦信號相乘后得到。
4.如權利要求1或2或3所述的半橋型PFC母線均壓控制方法，其特征是所述正負母線電壓之差(Vd)是指上下母線電壓在一個工頻周期內的平均值之差。
5.半橋型PFC母線均壓控制裝置，包括用于產生原始占空比信號(do)的裝置；用于求取正負母線電壓差(Vd)的裝置；用于將正負母線電壓之差(Vd)變換為占空比補償量信號(db)的均壓調節器(Gd′)；其特征是所述半橋型PFC母線均壓控制裝置還包括用于將原始占空比信號(do)和占空比補償量信號(db)疊加，并產生占空比信號(d)的加法器；用于將占空比信號(d)進行脈寬調制，產生控制上下橋臂開關器件(Sp、Sn)兩個驅動信號(Gp、Gn)的脈寬調制裝置(PWM)。
6.如權利要求5所述的半橋型PFC母線均壓控制裝置，其特征是所述用于產生原始占空比信號(do)的裝置包括用于將輸出電壓(Vo)與輸出電壓指令值(Vr)相減得到輸出電壓誤差值(Ve)的減法裝置；用于將上述輸出電壓誤差值(Ve)進行比例—積分—微分變換后得到輸入電流幅值指令值(imr)的電壓調節器(Gv)；用于將輸入電流幅值指令值(imr)與一個與輸入市電電壓(Vs)同相位的正弦信號相乘后得到輸入電感電流值的指令值(ir)的乘法裝置；用于將輸入電感電流(iL)與輸入電感電流值的指令值(ir)相減得到輸入電流誤差(ie)的減法裝置；用于將上述輸入電流誤差(ie)進行比例—積分—微分變換后得到產生原始占空比信號(do)的電流調節器(Gc)。
7.如權利要求6所述的半橋型PFC母線均壓控制裝置，其特征是所述均壓調節器(Gd′)、電流調節器(Gc)、電壓調節器(Gv)由比例-積分-微分調節器(PID)組成。
全文摘要
本發明公開一種半橋型PFC母線均壓控制方法及裝置，將正負母線電壓差進行比例－積分－微分變換后信號直接迭加到占空比信號(d)上，而不是接到電流環的前端，這樣，即使有電流環存在，電流內環的調節器參數調整是獨立的，其變化不會影響均壓環的增益，均壓環的參數只需一次調整好，以后無須在根據電流環增益做相應調整。而均壓環也不會影響電流環，從而使電流指令畸變小，輸入電流的THD不會因為有了均壓環而變大。
文檔編號H02M1/14GK1409471SQ0213453
公開日2003年4月9日 申請日期2002年8月6日 優先權日2002年8月6日
發明者劉平, 于相旭 申請人:艾默生網絡能源有限公司