单周期控制PFC原理

第１１卷第２期　

２００７年３月　电　机　与　控　制　学　报　

ＥＬＥＣＴＲＩＣ　ＭＡＣＨＩＮＥＳ　ＡＮＤ　ＣＯＮＴＲＯＬ　Ｖｏ１．１１　Ｎｏ．２　

Ｍａｒｃｈ　２０ｏ７　

单周期控制的ＰＦＣ电路切换线性模型　

叶　萍，　胡　钢，　张金波　

（河海大学计算机及信息工程学院，江苏常州２１３０２２）　

摘要：为了深入研究单周期控制技术的系统控制过程和工作机理，采用非线性控制理论，建立电　

流断续条件下ｂｏｏｓｔ变换器的切换线性模型并对模型进行分析。给出了ｂｏｏｓｔ变换器运行时三个模　

式的动力学方程以及各模式间的切换序列，分析了在电流断续条件下的能控性。通过和电压跟随　

器控制的功率校正电路输出电压作对比，表明了采用单周期控制技术后输出电压超调量更小，动态　

响应速度更快。分析所采用的方法同样可以用于单周期控制ｂｕｃｋ、ｂｕｃｋ—ｂｏｏｓｔ变换器电路，为单周　

期控制技术的推广提供理论依据。　

关键词：单周期控制；切换线性模型；功率因数校正　

中图分类号：ＴＭ４６　文献标识码：Ａ　文章编号：１００７—４４９Ｘ（２００７）０２—０１５８—０４　

Ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ＰＦＣ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ａｓ　ｓｗｉｔｃｈｅｄ　ｌｉｎｅａｒ　ｓｙｓｔｅｍｓ　

、　ｔｈ　ｏｎｅ・ｃｙｃｌｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　

ＹＥ　Ｐｉｎｇ，ＨＵ　Ｇａｎｇ，　ＺＨＡＮＧ　Ｊｉｎ－ｂｏ　

（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ＆Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｏｈａｉ　Ｕｎｉｖ．，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ　２１３０２２，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒ　ｌｕｃｕｂｒａｔｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｏｎｅ—ｃｙｃｌｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＯＣＣ），ｓｗｉｔｃｈｅｄ　

ｌｉｎｅａｒ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｂｏｏｓｔ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｉｓ　ｂｕｉｌｔ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｏｎ　ＤＣＭ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｎｏｎ—ｌｉｎｅａｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｈｅｏ—　

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单周期控制的三相PFC技术研究

作者：黄冠 万里

来源：《中国新技术新产品》2011年第12期

摘要：本文给出了一种特殊的三相PFC电路，在分析了该电路的工作原理后，利用单周期控制技术于该电路。运用该控制技术去实时控制开关的占空比使得在每个开关周期内，开关整流器输出斩波波形的平均值恰好等于控制基准信号，可以实现三相单位功率因数和低电流畸变。所提出的控制器不需乘法器，仅由带复位的积分器、线性集成电路和逻辑器件组成。简化了电路结构，使该电路易于实现。本文最后通过理论分析、仿真研究和实验验证，证实了该电路及控制方式的合理性和可行性。该变换器的输入功率因数较高，基本在0.99左右，THD能降到10%以下，具有一定的实用性。

关键词：单周期；三相；PFC

中图分类号：M461 文献标识码：A

1.引言

单周期控制是一种非线性控制技术，该控制方法的突出特点是:无论是稳态还是暂态，它都能保持受控量(通常为斩波波形)的平均值恰好等于或正比于给定值，即能在一个开关周期内，有效的抵制电源侧的扰动，既没有稳态误差，也没有暂态误差，这种控制技术可广泛应用于非线性系统的场合，比如脉宽调制、谐振、软开关式的变换器等[2-5]，为达到理想的功率因数校正的目的，本文研究了一种基于单周期控制的三相三开关PFC电路，并根据分析所得，对电路进行了建模和仿真。仿真结果给出了输入电流与输入电压的波形，并分析了不同情况下对输入电流的影响。根据电路原理以及电路仿真，搭建了1KW的实验装置，对实验波形进行了分析。

2. 功率因数校正电路的分析

在三相电源领域中，人们提出了许多的电路拓扑结构和控制方法。本章给出了一种基于单周期控制的三相三开关PFC电路。重点分析了其工作原理与采用的控制方式，并通过实验和仿真验证其正确性。图一包括三个输入boost电感L1～L3，工作于电流连续导电模式（CCM），其中6个MOS开关器件及6个二极管等效构成三个双向开关[6]。由于三相电路的对称性，电容中点电位UN与电网中点电位UO近似相等，因此通过控制三个双向开关的通断可分别控制相应相的电流。开关合上时相应相的电流幅值增大，开关断开时相应桥臂上的二极管导通(电流为正时，上桥臂二极管导通；电流为负时，下桥臂二极管导通)，在输出电压作用下电感中电流减小，从而实现对电流的控制[7]。 龙源期刊网

用单周期控制IC*IR1150的PFC电路的设计

此使用注意描述了利用升压变换器和IR1150S的PFC控制IC的连续导通模式功率因数校正电路的设计方法。IR1150是有关对PFC变换器控制的IR公司专利的“单周期PFC控制”技朮。此使用注意给出了一个完整逐步的包括变换器规格和必须折衷的方法的设计步骤。

涉及的课题

 功率因数校正。

 单周期控制的工作方式。

 IR1150的功能的详细描述。

 设计步骤和设计实例。

 设计总结。

介绍

功率因数定义为实际功率和视在功率的比值，实际功率是在一个周期内测得的瞬态功率的时间积分，视在功率是在一个完整的周期内电压的均方根值和电流的均方根值的乘积。

对一个正弦电压的表达公式可以写作：

V rms是线路电压的均方根值。

I rms是线路电流的均方根值。

I rms1是线路电流的基波谐波。

Φ是电压和电流之间的相位差。

在这种情况下，功率因数可以分为失真因子和位移因子：

电压和电流波形之间的相位移动量可以由输入的感抗和容抗的无功实质来说明。 在一个纯阻抗负载中，电压和电流是同相位的正弦波，实际功率等于视在功率，PF = 1。

单周期控制技术在的PFC中的使用

变换器输出电压VO通过输出分压器按比例减小，送回到误差放大器的输入端VFB。误差放大器用来提供回路补偿，并且产生误差信号或调制电压Vm。见图1。

图1 误差放大器电路 图2 单周期控制技术的核心电路

单周期控制的核心是可重置的积分器。此积分电路调制电压并在每一个开关周期的末端被复位。见图2。

因为电压回路的带宽非常窄，调制电压的变化会非常非常慢，在此开关周期内可以认为它是恒定的量值。这意味着积分器的输出将是线性斜波。积分器斜波的斜率和误差放大器的输出电压Vm成正比。见图3。

图3 可以重置的积分器的特性 图4 PWM信号发生器

基于单周期控制的Boost-PFC变换器的研究

何光俊

【期刊名称】《变频器世界》

【年(卷),期】2011(000)010

【摘 要】单周期控制技术（One－Cycle－Control，简称OOC）是一种新型非线性大信号PWM控制技术，是一种不需要乘法器的新颖功率因数校正（Power

Factor Correctior），简称PFC）控制方法，它将非线性开关变为线性开关。当输入电压发生扰动或负载快速变化情况时，仅在一个周期内就可实现控制目标，本文论述了单周期控制技术的基本原理，应用单周期控制芯片IR1150制作了一台原理样机，并进行了实验论证。实验结果证明，单周期控制Boost PFC变换器具有功率因数高、效率高，结构简单，工作稳定等优点。

【总页数】3页(P117-119)

【作 者】何光俊

【作者单位】西南交通大学

【正文语种】中 文

【中图分类】TM46

【相关文献】

1.基于单周期控制的快速响应PFC变换器研究 [J], 黄超;林维明;张强

2.基于神经网络的单相Boost-PFC变换器的设计 [J], 李明

3.基于单周期控制的Boost-PFC变换器的研究 [J], 何光俊 4.基于单周期控制的Boost-PFC变换器的研究 [J], 何光俊

5.基于单周期控制的Boost变换器功率因数校正技术的研究 [J], 宋书中;牛犇;郭艺丹

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