提高數字pfc電路可靠性的方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于涉及交流/ 直流(AC/DC, Alternating Current/Direct Current)電源變換技術領域,尤其涉及一套提高數字功率因數校正(PFC,Power Factor Correct1n)電路可靠性的方法及裝置。
【背景技術】
[0002]PFC電路在提高電網傳輸效率、降低電網諧波污染方面具有很大的作用。目前單相PFC控制,大多數的控制方案都是基于Boost變換器平均電流控制策略。
[0003]典型的Boost型數字PFC控制框圖,如圖1所示,整個系統由主電路和控制電路兩部分組成。主電路由單相橋式整流器和直流/直流(DC/DC, Direct Current/DirectCUrrent)B00St變換器組成。控制電路由運行控制算法程序的數字信號控制器(DSC,Digital Signal controller)和外圍信號調理電路所組成。為了提高功率因數(PF,PowerFactor)、減小總諧波失真(THD, Total Harmonic Distort1n),環路控制采用了雙閉環PI控制算法,即由電流內環和電壓外環共同控制。電流內環PI調節器Grea調節電感電流,使之波形上跟隨輸入電壓的變化。電壓外環PI調節器Grea輸出經過一個乘法器和主電路輸入整流電壓相乘,乘積作為電流控制環節的基準信號Iraf,通過調節基準信號Iraf的值,使得輸出Bus電壓V。保持恒定。
[0004]與傳統的模擬控制方式相比,PFC數字控制的方式具有靈活、可移植性強、節省硬件電路空間和成本等很多優點。但同時數字控制方式亦有延遲控制的固有缺陷,即在PFC數字控制系統中,由于模擬/數字(AD,Analog/Digital)采樣時間以及運算時間,使得當前周期計算所得到的脈寬只能在下個周期才能使用,因此PFC在控制上要延遲一個開關周期。在輸入電壓和輸出負載穩定不變的穩態情況下,數字和模擬控制的效果相差不大,通過對環路控制算法進行適當的優化,數字控制方式甚至可能得到更好的PF和THD指標。但當輸入電壓和輸出負載出現與輸入電壓工頻周期差不多的連續的動態變化時,由于數字PFC的延遲控制特性,使得它不能像模擬控制那樣對動態變化作出快速的反應,從而會使環路失控,電感電流和Bus電壓超出正常值,嚴重時還會導致炸機故障。因此,必須設計一套合理的控制方法和保護方式,在不影響穩態正常運行的前提下,盡可能降低PFC功率器件的電應力,提高PFC電路的可靠性。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于使得在Bus過壓和PFC電感過流時能夠及時進行保護,并在輸入輸出動態切換時顯著降低Bus電壓和電感電流應力,提高了 PFC電路可靠性。
[0006]本發明是這樣實現的,一種提高數字PFC電路可靠性的方法,包括Bus過壓保護策略,所述Bus過壓保護策略包括以下步驟:
[0007]設定三個閾值V1、V2及V3,閥值Vl為Bus電容允許的最高工作電壓,閾值V2比穩態工作時Bus實際電壓高,閾值V3為Bus電壓參考值,其中,Vl > V2 > V3 ;
[0008]當Bus電壓大于閥值Vl時,判定為高壓防護狀態,斷開輸入電壓,初始化緩啟動參數,關閉PFC驅動,整流器設置為停止狀態;
[0009]當Bus電壓大于閥值V2但小于閾值Vl時,判定為Bus過壓關驅動狀態,關閉PFC驅動;
[0010]在Bus過壓關驅動狀態下,當Bus電壓小于閥值V3時,恢復PFC驅動,并清零電壓環積分變量。
[0011 ] 優選地,所述提高數字PFC電路可靠性的方法還包括PFC電感過流保護策略,所述PFC電感過流保護策略包括以下步驟:
[0012]在各個開關周期中,比較采樣得到的PFC電感電流與設定的逐波限流點;
[0013]當PFC電感電流值超出逐波限流點時,比較模塊輸出高電平信號并送到脈寬調變模塊的TZ觸發單元,對PffM波進行封鎖,封鎖狀態維持到當前開關周期結束;
[0014]當PFC電感電流值比逐波限流點低時,比較模塊輸出低電平信號,PWM正常輸出,驅動信號恢復。
[0015]優選地,所述提高數字PFC電路可靠性的方法還包括降低PFC電感電流策略,所述降低PFC電感電流策略包括在逐波時降低逐波限流點策略,所述降低逐波限流點策略包括以下步驟:
[0016]將逐波限流點在正常運行時保持為默認的逐波限流點Il ;
[0017]檢測到逐波發生時,將逐波限流點降低至為12,同時啟動定時器,其中,11>12 ;
[0018]T時間以后,或者無逐波產生時,將逐波保護點恢復為II。
[0019]優選地,所述降低PFC電感電流策略還包括清零環路中間變量策略,所述清零環路中間變量策略包括以下步驟:
[0020]當程序中檢測到PFC電感電流參考大于特定值I時,將電流內環PI調節器的輸出、積分變量清零,并將電壓外環PI調節器的輸出、積分變量清零;其中,特定值I高于穩態正常運行時的值,且能起到降低電感電流的作用。
[0021]本發明進一步公開了一種提高數字PFC電路可靠性的裝置,包括Bus過壓保護模塊,所述Bus過壓保護模塊包括:
[0022]閾值設定模塊,用于設定三個閾值V1、V2及V3,閥值Vl為Bus電容允許的最高工作電壓,閾值V2比穩態工作時Bus實際電壓高,閾值V3為Bus電壓參考值,其中,Vl > V2> V3 ;
[0023]BUS電壓一級保護模塊,用于當Bus電壓大于閥值Vl時,判定為高壓防護狀態,斷開輸入電壓,初始化緩啟動參數,關閉PFC驅動,整流器設置為停止狀態;
[0024]BUS電壓二級保護模塊,用于當Bus電壓大于閥值V2但小于閾值Vl時,判定為Bus過壓關驅動狀態,關閉PFC驅動;在Bus過壓關驅動狀態,當Bus電壓小于閥值V3時,恢復PFC驅動,并清零電壓環積分變量。
[0025]優選地,所述提高數字PFC電路可靠性的裝置還包括PFC電感過流保護模塊,所述PFC電感過流保護模塊包括:
[0026]電感電流比較模塊,用于在各個開關周期中,比較采樣得到的PFC電感電流與設定的逐波限流點;
[0027]封鎖模塊,用于當PFC電感電流值超出逐波限流點時,比較模塊輸出高電平信號并送到脈寬調變模塊的TZ觸發單元,對PffM波進行封鎖,封鎖狀態維持到當前開關周期結束;
[0028]恢復模塊,用于當PFC電感電流值比逐波限流點低時,比較模塊輸出低電平信號,PWM正常輸出,驅動信號恢復。
[0029]優選地,所述提高數字PFC電路可靠性的裝置還包括降低PFC電感電流模塊,所述降低PFC電感電流模塊包括在逐波時降低逐波限流點模塊,所述降低逐波限流點模塊用于:
[0030]將逐波限流點在正常運行時保持為默認的逐波限流點Il ;
[0031]檢測到逐波發生時,將逐波限流點降低至為12,同時啟動定時器,其中,11>12 ;
[0032]T時間以后,或者無逐波產生時,將逐波保護點恢復為II。
[0033]優選地,所述降低PFC電感電流模塊還包括清零環路中間變量模塊,用于當程序中檢測到PFC電感電流參考大于特定值I時,將電流內環PI調節器的輸出、積分變量清零,并將電壓外環PI調節器的輸出、積分變量清零;其中,特定值I高于穩態正常運行時的值,且能起到降低電感電流的作用。
[0034]本發明克服現有技術的不足,公開一種提高數字PFC電路可靠性的方法及裝置,利用DSC進行數字控制,AC/DC部分拓撲結構為PFC變換器的結構;其中,本發明方法包括Bus過壓保護策略、PFC電感過流保護策略和降低PFC電感電流策略。其中,Bus過壓保護策略采用二級保護方式,PFC電感過流保護策略采用逐波限流保護的策略,降低PFC電感電流策略采用逐波時降低逐波限流點、電感電流參考大于某特定值時清零環路中間變量的策略。本發明的裝置與方法相對應。
[0035]與現有技術的不足相比,本發明所具有的有益效果是:在保證整流器穩態正常運行的前提下,不僅能夠對Bus過壓和電感過流及時進行保護,還能夠顯著降低輸入輸出動態切換時PFC器件的電應力,提高整流器功率器件的可靠性。
【附圖說明】
[0036]圖1是現有技術中典型的Boost型數字PFC控制框圖;
[0037]圖2是本發明Bus過壓保護策略的步驟流程圖;
[0038]圖3是本發明PFC電感過流保護策略的步驟流程圖;
[0039]圖4是本發明PFC電感過流保護策略中PFC電感電流逐波限流保護示意圖;
[0040]圖5是本發明降低PFC電感電流策略中逐波時降低逐波限流點策略的步驟流程圖;
[0041]圖6是本發明降低PFC電感電流策略