基于网侧电压前馈补偿策略改善图腾柱无桥PFC电流畸变的控制方法

本发明属于功率因数校正，涉及一种基于网侧电压前馈补偿策略改善图腾柱无桥pfc电流畸变的控制方法。

背景技术：

1、电力电子设备的广泛应用和普及，不仅给生产生活带来了极大的便利，但由此带来的功率因数低、电网谐波污染等问题也日益严重。为了净化谐波污染、改善电网侧输入电流的质量，功率因数校正技术(power?factor?correction,pfc)应运而生。传统的有源pfc由于在整流环节引入了较多的导通损耗，因而效率偏低。随着对pfc效率要求的提高，无桥pfc由于可以实现更小的导通损耗而受到越来越多的关注，开始成为研究的热点。

2、在已有的各种无桥pfc拓扑中，图腾柱无桥pfc因其结构简单、器件数目少，被认为是最优的pfc拓扑选择，更有可能实现更高的优化效率和功率密度。尤其是随着碳化硅和氮化镓等宽禁带器件的发展和普及，连续电流模式图腾柱无桥pfc应用传统硅器件体二极管反向恢复损耗偏大的缺陷也得以克服，进一步拓宽了图腾柱无桥pfc在服务器电源、数据中心等领域的应用。

3、传统的图腾柱pfc致力于实现单位功率因数，即网侧电压和输入电流同相。但实际应用中发现，pfc的输入电流总是略超前于网侧电压，输入电流存在一定程度的畸变，如图1所示。输入电流的畸变严重影响了功率因数(power?factor,pf)的提高，因此，有必要提出相应的控制策略改善甚至消除输入电流的畸变，进而实现单位功率因数校正的目的。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于网侧电压前馈补偿策略改善图腾柱无桥pfc电流畸变的控制方法，该方法能够改善输入电流的畸变。

2、为达到上述目的，本发明公开了一种基于网侧电压前馈补偿策略改善图腾柱无桥pfc电流畸变的控制方法，包括：

3、在传统pfc电压电流双闭环控制的基础上，保持电压环控制架构不变，在电流环的结构上增加输入电压前馈补偿通道，实现对输入电流畸变的改善。

4、还包括：

5、前馈补偿通道以采样网侧电压为输入，网侧电压采样系数为kac，经网侧电压前馈补偿系数为kfwd的前馈补偿环节后，与电流环的控制输出作差，然后再经脉冲宽度调制后生成主动管控制所需的占空比，最后根据所述占空比进行主动管控制。

6、所述网侧电压前馈补偿环节的系数kfwd为：

7、

8、其中，r及c分别为图腾柱无桥pfc的输出负载电阻及输出电容，vo为图腾柱无桥pfc的输出电压，s为传递函数的拉普拉斯算子。

9、考虑到通常图腾柱无桥pfc的输出侧rc的时间常数远大于工频周期，所述网侧电压前馈补偿系数kfwd进一步化简为：

10、

11、简化后的电压前馈补偿系数kfwd为比例环节，只需周期性地采样输出电压vo更新前馈补偿系数。

12、使用锁相环重构的网侧电压进行电压前馈补偿。

13、在负载较轻时，满足pf>0.99的要求。

14、在航空应用频率400hz输入时，满足pf>0.99和thd<5％的要求。

15、本发明具有以下有益效果：

16、本发明所述的基于网侧电压前馈补偿改善图腾柱无桥pfc电流畸变的方法在具体操作时，在电流环的结构上增加输入电压前馈补偿通道，实现对输入电流畸变的改善，在未加入前馈补偿策略时，电流环带宽降低后，输入电流跟随网侧电压的能力会恶化很多；但在加入前馈补偿策略后，电流环带宽对pfc电流跟随特性几乎没有影响，环路设计不再迫切需要工频处的增益，可以将电流环的带宽降低，以适应较差的电感直流偏置特性并保证系统的稳定性，同时使得主电路的设计变得更加从容。经仿真实验，采用本发明后，在负载较轻时也能满足pf>0.99的要求；在航空应用频率400hz输入时，可以满足pf>0.99和thd<5％的要求。

技术特征：

1.一种基于网侧电压前馈补偿策略改善图腾柱无桥pfc电流畸变的控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于网侧电压前馈补偿策略改善图腾柱无桥pfc电流畸变的控制方法，其特征在于，还包括：

3.根据权利要求2所述的基于网侧电压前馈补偿策略改善图腾柱无桥pfc电流畸变的控制方法，其特征在于，所述网侧电压前馈补偿环节的系数kfwd为：

4.根据权利要求3所述的基于网侧电压前馈补偿策略改善图腾柱无桥pfc电流畸变的控制方法，其特征在于，考虑到通常图腾柱无桥pfc的输出侧rc的时间常数远大于工频周期，所述网侧电压前馈补偿系数kfwd进一步化简为：

5.根据权利要求4所述的基于网侧电压前馈补偿策略改善图腾柱无桥pfc电流畸变的控制方法，其特征在于，简化后的电压前馈补偿系数kfwd为比例环节，只需周期性地采样输出电压vo更新前馈补偿系数。

6.根据权利要求1所述的基于网侧电压前馈补偿策略改善图腾柱无桥pfc电流畸变的控制方法，其特征在于，使用锁相环重构的网侧电压进行电压前馈补偿。

7.根据权利要求1所述的基于网侧电压前馈补偿策略改善图腾柱无桥pfc电流畸变的控制方法，其特征在于，在负载较轻时，满足pf>0.99的要求。

8.根据权利要求1所述的基于网侧电压前馈补偿策略改善图腾柱无桥pfc电流畸变的控制方法，其特征在于，在航空应用频率400hz输入时，满足pf>0.99和thd<5％的要求。

技术总结
本发明公开了一种基于网侧电压前馈补偿策略改善图腾柱无桥PFC电流畸变的控制方法，包括：在PFC电压电流双闭环控制的基础上，保持电压环控制架构不变，在电流环的结构上增加输入电压前馈补偿通道，实现对输入电流畸变的改善；前馈补偿通道以采样网侧电压为输入，网侧电压采样系数为K<subgt;ac</subgt;，经网侧电压前馈补偿系数为K<subgt;fwd</subgt;的前馈补偿环节后，与电流环的控制输出作差，然后再经脉冲宽度调制后生成主动管控制所需的占空比，最后根据所述占空比进行主动管控制，该方法能够改善输入电流的畸变。本发明更优选的做法是使用锁相环重构的网侧电压进行电压前馈补偿，能在最大程度上发挥本发明所提的前馈补偿策略的优势。

技术研发人员：裴云庆,赵烈,裴龙,李志祥,曹伟,王来利
受?；さ募际跏褂谜撸?/b>西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24