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第26卷第9期中国电机工程学报V ol.26 No.9 May 20062006年5月Proceedings of the CSEE ©2006 Chin.Soc.for Elec.Eng. 文章编号：0258-8013 (2006) 09-0120-06 中图分类号：TM461 文献标识码：A 学科分类号：470⋅40单周控制三相PFC中积分时间常数的影响杜雄1，周雒维2，罗全明1，付志宏1（1．重庆大学电气工程学院, 重庆市沙坪坝区 400044；2．高电压与电工新技术教育部重点实验室重庆沙坪坝区400044）The Effect of Integration Time Constant of One Cycle Controlled Three-Phase Power FactorCorrectionDU Xiong1 , ZHOU Luo-wei2 , Luo Quan-ming1 , Fu Zhi-hong1(1. College of Electrical Engineering, Chongqing University, Shapingba District,Chongqing 400044, China;2. Key Laboratory of High V oltage and Electrical New Technology, The Ministry ofEducation, Shapingba District, Chongqing 400044, China)ABSTRACT: One cycle control is broadly applied in so many three-phase power factor correction circuits as a new control method. But one cycle controller is usually realized by analog circuit and the parameter is easy to vary with the environment, so the integration time constant will vary at the same time. The effect of integration time constant variation to system performance is analysed in this paper about one cycle controlled three-phase six-switch PFC circuit. The result indicates that when the control equation is realized by three integrators, the variation will introduce dc component in the input phase current and the current waveform will be distorted, meanwhile, in single integration realization method, the dc component can be cancelled automatically and the waveform will not be effected. At the same time, how to determine the integration time constant is discussed from the viewpoint of system stability and switching voltage stress. All the findings are supported by the experimental results.KEY WORDS: power electronics; one cycle control; power factor correction; integration time constant; switching voltage stress; stability摘要：单周控制作为一种新型的控制方式被广泛应用于各种三相功率因数校正(PFC)电路的控制中。
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：A1.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。
功率因数校正论文：单周期控制软件开关Boost变换器PFC技术的研究【中文摘要】开关电源是为用电设备提供直流电源的一种电力电子装置,获得越来越广泛的应用。
但由此产生的网侧输入功率因数降低和谐波污染等问题也日趋严重,功率因数校正(Power Factor Correction, PFC)技术可有效地减少网侧输入电流谐波含量并提高电源功率因数,正成为电力电子研究的热点之一。
在各种用于PFC变换器的电路拓扑中,Boost变换器因其拓扑结构简单、变换效率高、控制策略易实现等优点,被广泛应用于PFC电路中。
Boost PFC变换器根本都是工作于不连续导电模式(Discontinuous Conduction Mode, DCM)和连续导电模式(Continuous Conduction Mode, CCM)。
目前,大多采用平均电流控制来到达功率因数校正的,但平均电流控制中需要检测输入电压、电感电流、输出电压,并且使用乘法器来实现,使得系统控制复杂,投资增加。
单周期控制技术和软开关技术都是近些年来被提出的用于PFC的新型技术,单周期控制(One Cycle Control, OCC)作为一种新型的控制方式在功率因数校正(Power Factor Correction, PFC)电路中得到广泛地应用。
单周期控制是一种新兴的非线性控制技术,与传统线性控制相比,它考虑到了开关非线性的影响,更适合对开关变换器的控制,能使系统有更快的动态响应、更强的鲁棒性和更好的输入波动抑制特性,并且单周控制PFC技术不需要乘法器,无需采样输入电压,简化了控制电路的设计。
而软开关技术的应用对于降低开关损耗,进而提高开关频率,无疑起到极为重要的作用。
本文采用的基于单周期控制的软开关Boost PFC变换器,在深入分析了单周期控制原理的根底上,将无源无损软开关技术应用于Boost PFC变换器中。
本文第二章详细介绍了无源无损软开关的工作过程,第三章主要分析了用单周期控制的Boost结构有源功率因数校正电路,推导出单相Boost结构APFC的单周期控制方程,并用根本的电路实现这种控制,和其他的APFC控制电路相比,电路结构大大简化。
输入电压不平衡时三相PFC整流器改进单周期控制策略研究韦徵;陈新;陈杰;龚春英;樊轶【摘要】三相PFC变换器的单周期控制因其控制简单,无需乘法器及采样输入电压受到广泛重视.当输入不平衡时,三相PFC整流器直流侧输出电压将产生两倍于输入电源频率的脉动,该脉动信号经过传统单周期控制环路作用最终导致变换器输入电流产生较大幅值的三次谐波分量,影响输入电流品质.文章通过详细分析输入不平衡时,单周期控制的三相PFC整流器输入输出特性,提出在传统单周期控制策略中引入谐振控制器,从而可以有效抑制输入不平衡引起的单周期控制的三相PFC整流器输入电流中的三次谐波分量,进而大大改善输入电流品质.本文给出了谐振控制器的设计方法,建立了新的控制策略下的系统传递函数并分析了满足系统稳定性要求的设计准则.最后通过仿真与实验验证了所提出的改进单周期控制策略对于输入不平衡时,改善三相PFC输入电流品质的有效性.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2014(029)010【总页数】8页(P65-72)【关键词】功率因数校正;单周期控制;输入不平衡;控制策略【作者】韦徵;陈新;陈杰;龚春英;樊轶【作者单位】南京航空航天大学自动化学院南京 210016;南京航空航天大学自动化学院南京 210016;南京航空航天大学自动化学院南京 210016;南京航空航天大学自动化学院南京 210016;南京航空航天大学自动化学院南京 210016【正文语种】中文【中图分类】TM614;TM761 引言由于供电系统和用电设备中输入电源的多样性，改善PFC 整流器的性能，减小输入电流谐波含量，提高系统的功率因数具有重要意义[1-4]。
单周期控制的PFC 变换器无需产生输入电流基准，因而不需要使用乘法器和采样输入电源电压，简化了控制结构，降低了经济成本，在中小功率场合得到了广泛的应用。
在三相输入电源平衡时，文献[5-9]对三相 PFC 整流器的单周期控制策略进行了分析和研究，表明单周期控制的三相PFC 整流器具有动态响应快、开关频率稳定、输入电流畸变率低、易于实现等优点。
单周期控制PFC电路研究及芯片应用介绍（Ｒｙａｎｗｏｎｇ＠ａｓｔｅｃ－ａｓｉａ．ｃｏｍ）摘 要：目前一些新型功率因数校正芯片使用的单周期控制技术（One-Cycle Control，OCC）无需传统PFC 芯片所需的模拟放大器、输入电压采样，以及固定的三角波振荡器。
大大简化了PFC电路的设计和缩小了装置体积，为电源PFC级提供了简便、灵活、高密度的解决方案。
本文详细分析了新型单周期控制PFC电路的原理及电路实现并介绍了两种使用了单周期控制技术的PFC芯片。
通过实验验证了单周期控制是一种简便易用而且性能优异的PFC控制方法。
关键词：功率因数校正；单周期控制；IR1150S；ICE1PCS01；Power Factor Correction Circuits Based On One-CycleControl TechniqueWANG Fan WANG Zhi-qiang(Electric Engineering College， South China University of Technology， Guangzhou 510641 China) Abstract：Nowadays new generation Power Factor Correction circuits based on "One-Cycle Control (OCC)" technique deliver the high performance of Continuous Conduction Mode (CCM) PFC. OCC does not need the traditional analog multiplier, AC line sensing or fixed oscillator ramp. This paper analysis the theory of OCC and introduce two kinds of PFC ICs using OCC technique. The experiments show both the flexibility and good performance of them.Keywords：Power factor correction; One-Cycle-Control; IR1150S; ICE1PCS010 引言开关电源以其效率高，功率密度大而在电源领域中应用越来越广。
1前言为应对全球气候变化日益严峻的形势，节能减排己成为一项急迫的任务，电力部门对电网谐波污染以及无功的消耗，正在采取措施，各类谐波滤波器，有源的或无源的，各类无功补偿装置也都开发出来。
应该指出造成上述电网污染最主要的原因，是工业和家用电气设备中的半控型元件，晶闸管的广泛使用造成的，为解决其带来的电网污染，采用的补救装置，不但增加了设备投资和维护的费用，并且增加了电能消耗，极不合理。
为此，当前为减少单相供电的小家电产生的电网污染，利用全控型电力电子开关元件（以后简称为T 管）的单相PFC 电路已有较多应用，以保证功率因数接近1和电流的正弦，市面上已有多种芯片可用于此类目的［9］-［10］。
对功率较大的工业用设备而言，三相电源仍是首选。
国内外对三相PFC 整流电路已有不少研究［6］-［8］，本文从完全不同的角度对三相Boost PFC 整流器进行了分析研究，得出了有用结果。
2DC-DC Boost 变换器如图1所示为直流电压升压(Boost)的DC-DC 变换器［1］。
它是由电感L 、二极管D 和全控型T 管组成。
设T s 为脉宽调制的开关周期，dT s 代表开关T 管在开关周期T s 导通的时间，d 为占空比，在dT s 时间内，全部电压U 加在电感L 上，电流i L 由0上升，电感储能，二极管D 断开，在（1-d ）T s 时间T 断单周控制三相PFC 整流器的研究陈贤明，吕宏水，刘国华，王伟，朱晓东（国网电力科学研究院电气控制技术研究所，江苏南京210003）摘要:提出了在三相二极管整流桥上桥臂，反并联全控型开关元件的脉宽调制PWM 控制，对升压式（Boost ）功率因数校正（Power Factor Correction,PFC ）拓扑电路的分析，表明在无逆变的要求下，只需对上桥臂各相全控型开关元件，在负半波进行断续导通控制模式下，便可达到功率因数接近1，和交流进线正弦电流的目的，利用单周控制和Matlab/Simulink 软件，对上述三相二极管整流的Boost PFC 电路进行了建模和仿真，得出了预期的结果，证明在原理上是可行的。
单周期控制的三相PFC技术研究
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]。
3. 单周期控制技术
单周期控制技术的特点就是要保证变换器的输出电压
在每一个开关周期内都等于给定参考电压。
当给定参考电压为常数时，变换器输出也等效成稳定的直流电源。
因此单周期控制技术具有直流输出电压调节性能好的优点。
与传统电压反馈控制相比，单周期控制的动态响应快，抗电源干扰能力强，鲁棒性强，适用于恒频恒宽控制，在整流器PFC校正电路中有广泛应用。
文献[9]介绍了单周期控制技术在单相Boost PFC和三相Buck PFC的应用。
本文把单周期控制技术应用到三相三开关PFC电路中。
由上文讨论可知，三相三开关PFC电路中，其控制方程式可为下式表示：
其中
联系单周期控制技术的原理，可定义积分常数τ=Ts，并用峰值电感电流iLapk ,iLbpk ,iLcpk代替上式中的ia, ib, ic,故上式可以化为
基于以上理论分析，通过设计适当电路来实现上式的等式关系，即可达到功率因数校正的目的。
4. 实验电路的设计
主电路的设计主要包括主开关器件的选用,输入电感的选取，滤波电容的选取等
系统框图如图4.1所示，本电路的主要技术参数为：输入线电压有效值：100V 输入电压的频率为：50Hz；开关频率为：5KHz 输出额定功率：1KW；负载电流：3.7A；输出
直流电压：275V；本实验所采用的芯片为M57959L。
M57959驱动器输入经高速光耦隔离（绝缘强度2500V AC/1min），与TTL兼容。
5．实验与仿真
用PSPICE软件对该电路进行了仿真实验，将所研究的基于单周期控制的三相三开关PFC电路进行了主电路和控
制电路的仿真，仿真波形与理论分析结果基本一致。
在原理分析和电路仿真基础上，搭出了本文所研究的三相PFC电路，并进行了相关实验，实验中首先输入线电压为50V，图4为不加驱动信号的输入电流波形，图5为采用单周期控制之后的输入电流波形，可以看出电流波形有明显改善图，图4的电流波形THD为14.45%，图5的电流波形THD 为7.895%。
增大输入电压至100V，输出电压为275V，负载为75Ω，图6为不加功率因数校正环节的输入电流波形，图7为加入功率因数校正环节后的输入电流波形。
图8为给定锯齿波波形。
图9为整流后反馈电流波形。
用wavestar软件分析输入电流波形后，可以知道未加功率因数校正环节时，其电流波形THD为32.77%，加入功率因数校正环节后，其输入电流THD为9.188%，比较而言，可知其得到了很大的改善。
与仿真实验波形对比来看，实验所得的输入电流THD还比较大，分析而言，主要原因就是因为实验中采用了一系列的磁
性元件和电容，在电路高频工作中产生了很多扰动，在实验中，实验的装置结构还不够合理，电路板的抗扰动特性还不是很完善，还有一点就是电网输入相电压的波形本身的THD 就比较大，也相应的导致了输入电流的畸变。
结论。
提出了一种提出了一种由单周期控制的三相三开关的功率因数校正电路，对其进行了分析、仿真及实验研究，得到了满意的效果。
本电路采用了高频工作模式，因此不可避免的带来了一定功率损耗，设计中抗干扰的设计还不是很完善，还有待进一步的改良。
综上所述，虽然该电路还存在一些缺点，但是该电路仍然是一种控制简单，功率因数校正效果好的三相整流电路，具有一定的实用价值。
参考文献
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注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF
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