專利名稱：一種可實現pfc均流并聯的電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種可實現PFC (Power Factor Correction，功率因數校正)均流 并聯的電路，該電路可以實現多塊PFC板的均流并聯，尤其是可以實現不同功率等級的PFC 功率板的并聯。
背景技術：
在不間斷電源(UPS)等電力電子設備中，設有進行能量變換的功率板，為了解決 功率容量限制問題，常采用多塊功率板并聯的方案，多塊功率板并聯的方案在成本上也有 優勢。功率板并聯有諸多優點，但由于元器件本身存在差異，如晶閘管(SCR)的壓降，電 感的差異，開關管的開關速度等，往往使得各個系統的阻抗不一致，如果不采用均流措施而 直接將兩個功率板并聯，將導致每塊功率板的電流并不一致，輕則影響元器件壽命，浪費容 量，重則燒毀功率板，造成整個UPS系統崩潰。因此當功率板并聯使用時，均流措施必不可 少。對于功率板的并聯均流，總體來說分為主動均流和被動均流。被動均流常用的方 法是在功率板之間接差模電感(Differential Mode Choke)，通過調節阻抗來達到均流的 目的，如圖1所示。這樣的方法均流效果十分有限，而且成本較高，對于現在的技術手段來 說較少使用。在功率板并聯主動均流控制中，在PFC電路部分有大量的文獻和專利產出，我 們回顧下一些常用方案。如圖2所示，此控制方式在美國專利申請US20050036337A1中 (Current sharing method and apparatus for alternateIycontrolling parallel connected boost PFC circuits)，提到了使用2個控制芯片UC3854 (1，2)，在共用電壓控制 環路的情況下，產生2個獨立的電流控制環路，以此來控制2塊并聯功率板。這種方法只是 兩個電流環的給定相同，并不能實現真正意義上的均流。另外該方案只針對了 2塊功率板 并聯，比較狹隘。如圖3所示，此亦為市場上較多采用的做法，所需采樣的信號與圖2的方案大致相 同，電流采樣一般是采樣每塊功率板的電感電流。控制器的輸出信號Vm直接與三角波比較 產生PWM信號；而副板的電感電流與主板的電感電流的差值經過調節器得到的結果與Vm相 累加，然后同三角波比較得到了副功率板的PWM信號。此方案與圖2的不同之處在于，功率板B的控制環路中，引入了其與功率板A的電 流之差的信號，這樣可以使功率板B的電流向功率板A靠攏，最后在總功率一定的情況下達 到均流的效果。控制器產生主調制波電壓Vm和通過對主副PFC板電感電流差值的調節得到 的電壓補償量信號后，去調節副功率板的PWM，使副PFC板的電流向主功率板的電流靠攏， 當主功率板電流與副功率板有較大差異時，需要調節的時間較長，尤其會影響動態性能。以上的現有技術都存在一定的缺點，表現為1、均流度低；2、成本較高；3、對主板 未做調節，響應較慢；4、并板數量僅限于兩個；5、無法實現不同功率等級的PFC板并聯。
實用新型內容為了克服現有技術上的缺陷，本實用新型提出一系列新的PFC板并聯均流電路以 解決以上的不足。本實用新型提出一種可實現PFC均流并聯的電路，其包括至少兩個并聯的PFC電路、采樣電路、主控制器電路和均流控制電路。其中，各PFC 電路用于實現整流，輸入功率因素校正和升壓的功能。采樣電路包括輸入市電電壓采樣電 路、輸出直流電壓采樣電路和各PFC的電感電流采樣電路。主控制器電路用于實現功率因 數校正的主控制器電路，其優選為DSP(數字信號處理器)。均流控制電路包含多個電流誤 差控制環路，每個PFC電路都對應一個電流誤差控制環路。每個誤差控制環路包括運算環 節，控制環節和占空比調節環節。根據本實用新型的一種優選實施方式，其中各PFC電路的輸入是并聯的，輸出也 是并聯的。根據本實用新型的一種優選實施方式，其中主控制器電路為數字信號處理器。根據本實用新型的一種優選實施方式，其中并聯的所述各PFC電路是相同功率 等級，且與所述各PFC電路對應的所述各電流誤差控制環路也相同。根據本實用新型的一種優選實施方式，其中所述并聯的PFC電路功率等級不同， 且各副PFC電路的電流誤差控制環路中的所述采樣環節與所述差值運算環節之間進一步 包括一控制單元。本實用新型引入電流誤差控制環路，并聯的PFC板(包括主板在內)的PWM信號， 在每個開關周期都會被誤差控制環路調節，使各PFC電路的輸入電流跟隨平均電流，實現 真正意義上的均流。與現有技術相比，本實用新型的PFC并聯均流控制電路具有控制電路簡單，易于 實現，成本較低，響應速度快的優點，并可實現不同功率等級的多塊功率板并聯，與已有的 技術相比，具有明顯的優勢。
圖1是現有技術中功率板被動均流并聯，應用差模電感方案的示意圖；圖2是現有技術中具有獨立電流環的控制方式的示意圖；圖3是現有技術中并板系統共用控制器的示意圖；圖4是本實用新型實施例一，相同功率的PFC電路并聯以平均電流做控制對象的 示意圖；圖5是本實用新型實施例二，相同功率的PFC電路并聯以主板電流做控制對象的 示意圖；圖6為本實用新型實施例三，不同功率的功率板并聯以平均電流做控制對象的示 意圖；圖7為本實用新型實施例四，不同功率的PFC電路并聯，主副板電感電流采樣設置 為不同的采樣比，以主板電流做控制對象的示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的硬件電路和控制方法做進一步說明。實施例一下面結合double-boost架構的PFC電路分析本實用新型的硬件電路和控制方 法。由于該架構在市電的正負半周具有對稱性，故僅以正邊的電路為例說明。如圖4所 示，晶閘管SCRl，電感Li，開關管Ql，續流二極管Dl和電容C組成一個double-boost架構 的PFC電路的正邊；晶閘管SCR2，電感L2，開關管Q2，續流二極管D2和電容C組成另一個 double-boost架構的PFC電路的正邊，它們的輸入是并聯的，輸出也是并聯的。采樣電路分 別采樣輸入市電電壓，輸出電容C的電壓和電感Ll和L2的電流。控制部分選擇DSP (數字 信號處理器)實現，這樣硬件電路比較簡化。下面分析控制方法，第一均流單元的控制，首先對電感Ll和電感L2采樣電流iLl， iL2做平均運算(對應于圖中401虛線部分)，得到信號為(iLl+iL2)/2，作為誤差控制環路 的參考給定信號。該電流給定信號分別與電感Ll和L2的電流采樣信號相減，得到兩路電流 誤差信號，然后分別經過電流誤差控制器Gil和Gi2，得到兩個調制波補償量信號Vl和V2。 本實施例中兩個并聯的PFC電路參數相同，功率相等，故誤差環路也相同，Gil和Gi2相同， 本實施例首選比例調節器。功率因數校正單元控制方法為Vref為整個并板系統的參考給定，代表輸出電壓 的目標值，Vout為輸出電壓反饋信號，Vref與Vout相減，得到的電壓誤差信號，然后通過電 壓環控制器Gv，再與輸入采樣信號信號相乘(圖中M環節)得到電流環給定；電流環給定 與電流環的反饋信號，即兩個PFC電路電感電流采樣的平均值(iLl+iL2)/2，二者之差得到 的電流誤差信號，電流誤差信號再通過電流環控制器Gi得到主調制波Vm ；占空比調節單元實現調制波補償量信號Vl和V2分別與主調制波Vm相加，得到 Vml和Vm2，Vml和Vm2分別與三角波比較得到兩個PFC電路的P麗信號。實施例二如圖5所示，為多個PFC電路并聯，功率部分硬件電路同實施例一，輸入是并聯的， 輸出也是并聯。圖中省略了硬件電路部分。主控制器電壓環為501，同本實用新型實施例 一；電流環為502，其電流反饋為主PFC電感電流，而非平均電流；電流誤差控制環路數量與 并聯的PFC電路一一對應，圖示503是與PFC-A電路對應的電流誤差控制環路，其電流給定 為Σ Is/X，其中X為并聯PFC板的數量。Gil，Gi2，Gi3分別是PFC-A電路，PFC-B電路和 PFC-C電路的電流誤差環的控制器，對應于圖中504。每個誤差控制環路與本實用新型實施 例一相同。由于電流誤差環路的作用，使各PFC板電感電流跟隨平均電流，即使以主PFC的 電感電流做控制對象，也會實現各功率板間均流。實施例三如圖6所示，為本實用新型的實施例三，并聯的PFC電路為不同功率等級。整流橋 Bridge,電感Li，開關管Ql，二極管Dl和電容C組成PFC電路一；整流橋Bridge,電感L2， 開關管Q2，二極管D2和電容C組成PFC電路二。兩個PFC電路硬件參數不同，功率也不同， 電路一額定功率為P1，額定電流為Il ；電路二額定功率為P2，額定電流為12。設電路一為 主板，電路二為副板。經電流采樣后，獲得主副PFC電流電感電流采樣信號iLl和iL2，電路 二在對電感L2電流采樣后，經過一個比例環節對電流采樣信號進行處理。該比例環節增益K = P1/P2。然后經過運算獲得平均電流反饋信號(iLl+KiL2)/2，作為主控制器電流環反饋 信號和誤差環給定信號，其余環節同本實用新型的實施例一。當有多個PFC電路并聯時，平
均電流反饋信號 Σ Is/X 含義為:[iLl+(Pl/P2)*iL2+(Pl/P3)*iL3+......+ (Pl/PX) *iLX] /
X，其中X為并聯功率板數量，將其它功率板向主PFC電路折算。實施例四如圖7所示，為的實施例四，其功率部分硬件電路同本實用新型的實施例三，并 聯的PFC電路為不同功率等級的，分別為Pa和Pb，額定電流為Ia和lb。圖中Sl和S2分 別是PFC電路一和PFC電路二的電感電流采樣電路，其采樣比(實際電感電流比采樣端電 流之比)不同，分別為Kl和K2，滿足Pa/Kl = Pb/K2。經過圖中701平均運算環節，得到電 流信號為(iLl/Kl+iL2/K2)/2，該信號作為誤差環電流給定信號。而主控制器電流反饋信號 為主PFC電路的電感電流。如上所述，本實用新型中，并聯的各PFC電路可以是相同功率等級的，也可以是不 同功率等級的。對于相同功率等級的PFC電路并聯，與PFC電路對應的電流誤差控制環路也 相同。當并聯的PFC電路功率等級不同時，各副PFC電路的電流誤差控制環路中的采樣環節 與差值運算環節之間需要增加一個控制單元，通常為比例調節器，增益為K。例如主板A功 率為Pa，電流為Ia，副板B功率為Pb，電流為Ib，則比例調節器的增益K等于Pa/Pb。另外 的做法為，對各副PFC的電感電流采樣電路設置不同的采樣比。例如，主板I功率為PI，電 感電流采樣衰減比為σ i，副板II功率為PII，電感電流采樣衰減比為σ ii，則應滿足σ i/ σ ii =ΡΙ/ΡΙΙ。通過以上這兩種變換方法，可以對不同功率等級的PFC電路的電感電流進 行比較，做差值運算和取平均值運算等，實現不同功率等級的PFC電路并聯，并且它們的電 流之比等于其功率之比。所述的均流控制部分電路可以同實現功率因數校正的主控制器共用DSP來實現， 也可以是獨立于主控制器的硬件電路。優選前者，這樣線路簡單，容易實現。本實用新型的可實現PFC均流并聯的電路與傳統的PFC并板技術相比，具有以下 優點此電路可以實現多塊功率板并聯；此電路可以實現功率等級不同的PFC板并聯；此電路可以實現多塊板共用控制器，控制簡單，易于實現；此電路與以往的技術相比，整個功率板并聯系統的響應速度快，調節能力強；此電路設計較為靈活，如主控制器的電流環反饋輸入可以采用主板電流，也可以 采用所有功率板的平均電流。以上參照附圖說明了本實用新型的各種優選實施例，但是只要不背離本實用新型 的實質和范圍，本領域的技術人員可以對其進行各種形式上的修改和變更，都屬于本實用 新型的保護范圍。
權利要求一種可實現PFC均流并聯的電路，其特征在于包括以下部分至少兩個并聯的PFC電路；采樣電路，其包括輸入市電電壓采樣電路、輸出直流電壓采樣電路和各PFC的電感電流采樣電路；用于實現功率因數校正的主控制器電路；均流控制電路，其包含多個電流誤差控制電路，所述每個PFC電路都對應一個所述的電流誤差控制電路，每個所述誤差控制電路包括運算環節、控制環節和占空比調節環節。
2.如權利要求1所述的可實現PFC電路均流并聯的電路，其特征在于所述的各PFC電 路的輸入是并聯的，輸出也是并聯的
3.如權利要求1所述的可實現PFC電路均流并聯的電路，其特征在于所述的主控制 器電路為數字信號處理器。
4.如權利要求2所述的可實現PFC電路均流并聯的電路，其特征在于并聯的所述各 PFC電路是相同功率等級，且與所述各PFC電路對應的所述各電流誤差控制環路也相同。
5.如權利要求2所述的可實現PFC電路均流并聯的電路，其特征在于所述并聯的PFC 電路功率等級不同，且各PFC電路的電流誤差控制環路中的所述采樣環節與所述差值運算 環節之間進一步包括一控制單元。
專利摘要一種可實現PFC均流并聯的電路，該電路包括至少兩個并聯的PFC電路、采樣電路、主控制器電路和均流控制電路。其中，采樣電路包括輸入市電電壓采樣電路，輸出直流電壓采樣電路和各PFC的電感電流采樣電路。主控制器電路用于實現功率因數校正。均流控制電路包括多個電流誤差控制電路，所述每個PFC電路都對應一個所述的電流誤差控制電路，每個所述誤差控制電路包括運算環節，控制環節和占空比調節環節。本實用新型的PFC并聯均流控制電路具有控制電路簡單，易于實現，成本較低，響應速度快的優點。
文檔編號H02M3/158GK201754560SQ200920272839
公開日2011年3月2日 申請日期2009年11月17日 優先權日2009年11月17日
發明者吳仕福, 宋振剛, 楊俊杰, 程洋 申請人:聯正電子(深圳)有限公司