提高數(shù)字pfc電路可靠性的方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于涉及交流/ 直流(AC/DC, Alternating Current/Direct Current)電源變換技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一套提高數(shù)字功率因數(shù)校正(PFC，Power Factor Correct1n)電路可靠性的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]PFC電路在提高電網(wǎng)傳輸效率、降低電網(wǎng)諧波污染方面具有很大的作用。目前單相PFC控制，大多數(shù)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(shù)字PFC控制框圖，如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)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?？刂齐娐酚蛇\(yùn)行控制算法程序的數(shù)字信號(hào)控制器(DSC，Digital Signal controller)和外圍信號(hào)調(diào)理電路所組成。為了提高功率因數(shù)(PF,PowerFactor)、減小總諧波失真(THD, Total Harmonic Distort1n),環(huán)路控制采用了雙閉環(huán)PI控制算法，即由電流內(nèi)環(huán)和電壓外環(huán)共同控制。電流內(nèi)環(huán)PI調(diào)節(jié)器Grea調(diào)節(jié)電感電流，使之波形上跟隨輸入電壓的變化。電壓外環(huán)PI調(diào)節(jié)器Grea輸出經(jīng)過(guò)一個(gè)乘法器和主電路輸入整流電壓相乘，乘積作為電流控制環(huán)節(jié)的基準(zhǔn)信號(hào)Iraf,通過(guò)調(diào)節(jié)基準(zhǔn)信號(hào)Iraf的值，使得輸出Bus電壓V。保持恒定。
[0004]與傳統(tǒng)的模擬控制方式相比，PFC數(shù)字控制的方式具有靈活、可移植性強(qiáng)、節(jié)省硬件電路空間和成本等很多優(yōu)點(diǎn)。但同時(shí)數(shù)字控制方式亦有延遲控制的固有缺陷，即在PFC數(shù)字控制系統(tǒng)中，由于模擬/數(shù)字(AD，Analog/Digital)采樣時(shí)間以及運(yùn)算時(shí)間，使得當(dāng)前周期計(jì)算所得到的脈寬只能在下個(gè)周期才能使用，因此PFC在控制上要延遲一個(gè)開(kāi)關(guān)周期。在輸入電壓和輸出負(fù)載穩(wěn)定不變的穩(wěn)態(tài)情況下，數(shù)字和模擬控制的效果相差不大，通過(guò)對(duì)環(huán)路控制算法進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化，數(shù)字控制方式甚至可能得到更好的PF和THD指標(biāo)。但當(dāng)輸入電壓和輸出負(fù)載出現(xiàn)與輸入電壓工頻周期差不多的連續(xù)的動(dòng)態(tài)變化時(shí)，由于數(shù)字PFC的延遲控制特性，使得它不能像模擬控制那樣對(duì)動(dòng)態(tài)變化作出快速的反應(yīng)，從而會(huì)使環(huán)路失控，電感電流和Bus電壓超出正常值，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致炸機(jī)故障。因此，必須設(shè)計(jì)一套合理的控制方法和保護(hù)方式，在不影響穩(wěn)態(tài)正常運(yùn)行的前提下，盡可能降低PFC功率器件的電應(yīng)力，提高PFC電路的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于使得在Bus過(guò)壓和PFC電感過(guò)流時(shí)能夠及時(shí)進(jìn)行保護(hù)，并在輸入輸出動(dòng)態(tài)切換時(shí)顯著降低Bus電壓和電感電流應(yīng)力，提高了 PFC電路可靠性。
[0006]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種提高數(shù)字PFC電路可靠性的方法，包括Bus過(guò)壓保護(hù)策略，所述Bus過(guò)壓保護(hù)策略包括以下步驟:
[0007]設(shè)定三個(gè)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(wěn)態(tài)工作時(shí)Bus實(shí)際電壓高，閾值V3為Bus電壓參考值，其中，Vl > V2 > V3 ；
[0008]當(dāng)Bus電壓大于閥值Vl時(shí)，判定為高壓防護(hù)狀態(tài)，斷開(kāi)輸入電壓，初始化緩啟動(dòng)參數(shù)，關(guān)閉PFC驅(qū)動(dòng)，整流器設(shè)置為停止?fàn)顟B(tài)；
[0009]當(dāng)Bus電壓大于閥值V2但小于閾值Vl時(shí)，判定為Bus過(guò)壓關(guān)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，關(guān)閉PFC驅(qū)動(dòng)；
[0010]在Bus過(guò)壓關(guān)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下，當(dāng)Bus電壓小于閥值V3時(shí)，恢復(fù)PFC驅(qū)動(dòng)，并清零電壓環(huán)積分變量。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述提高數(shù)字PFC電路可靠性的方法還包括PFC電感過(guò)流保護(hù)策略，所述PFC電感過(guò)流保護(hù)策略包括以下步驟:
[0012]在各個(gè)開(kāi)關(guān)周期中，比較采樣得到的PFC電感電流與設(shè)定的逐波限流點(diǎn)；
[0013]當(dāng)PFC電感電流值超出逐波限流點(diǎn)時(shí)，比較模塊輸出高電平信號(hào)并送到脈寬調(diào)變模塊的TZ觸發(fā)單元，對(duì)PffM波進(jìn)行封鎖，封鎖狀態(tài)維持到當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期結(jié)束；
[0014]當(dāng)PFC電感電流值比逐波限流點(diǎn)低時(shí)，比較模塊輸出低電平信號(hào)，PWM正常輸出，驅(qū)動(dòng)信號(hào)恢復(fù)。
[0015]優(yōu)選地，所述提高數(shù)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(shí)降低逐波限流點(diǎn)策略，所述降低逐波限流點(diǎn)策略包括以下步驟:
[0016]將逐波限流點(diǎn)在正常運(yùn)行時(shí)保持為默認(rèn)的逐波限流點(diǎn)Il ；
[0017]檢測(cè)到逐波發(fā)生時(shí)，將逐波限流點(diǎn)降低至為12，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器，其中，11>12 ；
[0018]T時(shí)間以后，或者無(wú)逐波產(chǎn)生時(shí)，將逐波保護(hù)點(diǎn)恢復(fù)為II。
[0019]優(yōu)選地，所述降低PFC電感電流策略還包括清零環(huán)路中間變量策略，所述清零環(huán)路中間變量策略包括以下步驟:
[0020]當(dāng)程序中檢測(cè)到PFC電感電流參考大于特定值I時(shí)，將電流內(nèi)環(huán)PI調(diào)節(jié)器的輸出、積分變量清零，并將電壓外環(huán)PI調(diào)節(jié)器的輸出、積分變量清零；其中，特定值I高于穩(wěn)態(tài)正常運(yùn)行時(shí)的值，且能起到降低電感電流的作用。
[0021]本發(fā)明進(jìn)一步公開(kāi)了一種提高數(shù)字PFC電路可靠性的裝置，包括Bus過(guò)壓保護(hù)模塊，所述Bus過(guò)壓保護(hù)模塊包括:
[0022]閾值設(shè)定模塊，用于設(shè)定三個(gè)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(wěn)態(tài)工作時(shí)Bus實(shí)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(jí)保護(hù)模塊，用于當(dāng)Bus電壓大于閥值Vl時(shí)，判定為高壓防護(hù)狀態(tài)，斷開(kāi)輸入電壓，初始化緩啟動(dòng)參數(shù)，關(guān)閉PFC驅(qū)動(dòng)，整流器設(shè)置為停止?fàn)顟B(tài)；
[0024]BUS電壓二級(jí)保護(hù)模塊，用于當(dāng)Bus電壓大于閥值V2但小于閾值Vl時(shí)，判定為Bus過(guò)壓關(guān)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，關(guān)閉PFC驅(qū)動(dòng)；在Bus過(guò)壓關(guān)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)Bus電壓小于閥值V3時(shí)，恢復(fù)PFC驅(qū)動(dòng)，并清零電壓環(huán)積分變量。
[0025]優(yōu)選地，所述提高數(shù)字PFC電路可靠性的裝置還包括PFC電感過(guò)流保護(hù)模塊，所述PFC電感過(guò)流保護(hù)模塊包括:
[0026]電感電流比較模塊，用于在各個(gè)開(kāi)關(guān)周期中，比較采樣得到的PFC電感電流與設(shè)定的逐波限流點(diǎn)；
[0027]封鎖模塊，用于當(dāng)PFC電感電流值超出逐波限流點(diǎn)時(shí)，比較模塊輸出高電平信號(hào)并送到脈寬調(diào)變模塊的TZ觸發(fā)單元，對(duì)PffM波進(jìn)行封鎖，封鎖狀態(tài)維持到當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期結(jié)束；
[0028]恢復(fù)模塊，用于當(dāng)PFC電感電流值比逐波限流點(diǎn)低時(shí)，比較模塊輸出低電平信號(hào)，PWM正常輸出，驅(qū)動(dòng)信號(hào)恢復(fù)。
[0029]優(yōu)選地，所述提高數(shù)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(shí)降低逐波限流點(diǎn)模塊，所述降低逐波限流點(diǎn)模塊用于:
[0030]將逐波限流點(diǎn)在正常運(yùn)行時(shí)保持為默認(rèn)的逐波限流點(diǎn)Il ；
[0031]檢測(cè)到逐波發(fā)生時(shí)，將逐波限流點(diǎn)降低至為12，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器，其中，11>12 ；
[0032]T時(shí)間以后，或者無(wú)逐波產(chǎn)生時(shí)，將逐波保護(hù)點(diǎn)恢復(fù)為II。
[0033]優(yōu)選地，所述降低PFC電感電流模塊還包括清零環(huán)路中間變量模塊，用于當(dāng)程序中檢測(cè)到PFC電感電流參考大于特定值I時(shí)，將電流內(nèi)環(huán)PI調(diào)節(jié)器的輸出、積分變量清零，并將電壓外環(huán)PI調(diào)節(jié)器的輸出、積分變量清零；其中，特定值I高于穩(wěn)態(tài)正常運(yùn)行時(shí)的值，且能起到降低電感電流的作用。
[0034]本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，公開(kāi)一種提高數(shù)字PFC電路可靠性的方法及裝置，利用DSC進(jìn)行數(shù)字控制，AC/DC部分拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為PFC變換器的結(jié)構(gòu)；其中，本發(fā)明方法包括Bus過(guò)壓保護(hù)策略、PFC電感過(guò)流保護(hù)策略和降低PFC電感電流策略。其中，Bus過(guò)壓保護(hù)策略采用二級(jí)保護(hù)方式，PFC電感過(guò)流保護(hù)策略采用逐波限流保護(hù)的策略，降低PFC電感電流策略采用逐波時(shí)降低逐波限流點(diǎn)、電感電流參考大于某特定值時(shí)清零環(huán)路中間變量的策略。本發(fā)明的裝置與方法相對(duì)應(yīng)。
[0035]與現(xiàn)有技術(shù)的不足相比，本發(fā)明所具有的有益效果是:在保證整流器穩(wěn)態(tài)正常運(yùn)行的前提下，不僅能夠?qū)us過(guò)壓和電感過(guò)流及時(shí)進(jìn)行保護(hù)，還能夠顯著降低輸入輸出動(dòng)態(tài)切換時(shí)PFC器件的電應(yīng)力，提高整流器功率器件的可靠性。
【附圖說(shuō)明】
[0036]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中典型的Boost型數(shù)字PFC控制框圖；
[0037]圖2是本發(fā)明Bus過(guò)壓保護(hù)策略的步驟流程圖；
[0038]圖3是本發(fā)明PFC電感過(guò)流保護(hù)策略的步驟流程圖；
[0039]圖4是本發(fā)明PFC電感過(guò)流保護(hù)策略中PFC電感電流逐波限流保護(hù)示意圖；
[0040]圖5是本發(fā)明降低PFC電感電流策略中逐波時(shí)降低逐波限流點(diǎn)策略的步驟流程圖；
[0041]圖6是本發(fā)明降低PFC電感電流策略