本發(fā)明涉及ac-dc變換器中的功率因數(shù)矯正，具體涉及用于ac-dc變換器的低成本功率因數(shù)矯正系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著國家對(duì)能源利用效率與環(huán)境保護(hù)要求的日益提升，國家相關(guān)規(guī)定明確指出，高于一定功率等級(jí)的電源設(shè)備必須具備功率因數(shù)矯正功能。這一規(guī)定旨在提高能源的整體利用效率，減少電網(wǎng)損耗，提升電壓質(zhì)量，降低各類設(shè)備的損耗，并滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

2、在高功率因數(shù)矯正或?qū)捿斎腚妷悍秶膽?yīng)用場合中，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地采集輸入電壓值顯得尤為重要。以功率因數(shù)矯正為例，其核心目標(biāo)在于使輸入電流能夠緊密跟隨輸入電壓的波形與相位，以確保電能的高效利用。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，系統(tǒng)需采集輸入交流電壓，并從中提取出電壓的幅值、頻率、相位等關(guān)鍵信息。

3、傳統(tǒng)方法通常依賴于采樣電路得到輸入電壓信息，并通過adc器件或者模擬乘法器電路對(duì)輸入電壓處理，為后續(xù)的控制算法提供全面的信息支持。然而高精度，adc，器件不僅成本高昂，而且其高速采樣與高精度特性在開關(guān)電源輸入電壓采樣中的實(shí)際應(yīng)用中顯得并不經(jīng)濟(jì)。此外，高精度高速，adc，或者模擬電路會(huì)增加算法的復(fù)雜度或者電路系統(tǒng)的復(fù)雜度，這增加了開關(guān)變換器設(shè)計(jì)復(fù)雜性和電路成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種低成本功率因數(shù)矯正系統(tǒng)及方法，在更簡單的電路結(jié)構(gòu)下實(shí)現(xiàn)ac-dc開關(guān)電源功率因數(shù)矯正功能，適用于對(duì)成本敏感的應(yīng)用場景。

2、針對(duì)傳統(tǒng)采樣方法高成本、控制復(fù)雜、電路復(fù)雜等問題，本發(fā)明提出了一種無需直接輸入電壓采樣的方法，本方法僅需要采樣輸入電流以及輸出電壓即可實(shí)現(xiàn)較高的功率因數(shù)矯正。本發(fā)明將基于boost-pfc變換器進(jìn)行說明(本發(fā)明適用電路結(jié)構(gòu)包括但不限于boost-pfc變換器)，其中boost-pfc工作于crm模式下(臨界電流模式)，本方法在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)上在電感之前串聯(lián)了一個(gè)采樣電阻，通過采樣電阻來獲取電感電流信息，主要運(yùn)用到的器件有dac和比較器。

3、實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：

4、一種用于ac-dc變換器的低成本功率因數(shù)矯正系統(tǒng)，與變換器構(gòu)成閉環(huán)回路，其特征在于，包括：

5、采樣模塊，通過采樣電阻采集變換器輸入電流瞬時(shí)值以及輸出電壓瞬時(shí)值，輸入電流瞬時(shí)值傳輸至斜率計(jì)算模塊，輸出電壓瞬時(shí)值傳遞給功率調(diào)整模塊；

6、斜率計(jì)算模塊，用于求解輸入電感勵(lì)磁電流的上升斜率及下降斜率，輸出至pwm輸出模塊，同時(shí)計(jì)算輸入電壓瞬時(shí)值傳遞給目標(biāo)電流計(jì)算模塊；

7、功率調(diào)整模塊，用于確定功率調(diào)整系數(shù)，輸入至目標(biāo)電流計(jì)算模塊；

8、目標(biāo)電流計(jì)算模塊，用于計(jì)算變換器的下一次開關(guān)周期的目標(biāo)輸入平均電流，并將其反饋至斜率計(jì)算模塊；

9、pwm輸出模塊，從斜率計(jì)算模塊獲取開關(guān)管開通和關(guān)閉的控制信號(hào)，進(jìn)行變換器的功率因數(shù)閉環(huán)控制。

10、進(jìn)一步地，所述變換器為boost-pfc變換器。

11、進(jìn)一步地，采樣模塊輸出的輸入電流瞬時(shí)值以及輸出電壓瞬時(shí)值為：

12、

13、其中，ic(t)為輸入電流瞬時(shí)值，vo(t)為輸出電壓瞬時(shí)值，vosense(t)為輸出采樣電阻電壓瞬時(shí)值，vsense(t)為輸入電流采樣電阻電壓瞬時(shí)值。

14、進(jìn)一步地，斜率計(jì)算模塊包括兩個(gè)比較器以及兩個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，第一比較器的正端連接采樣模塊，負(fù)端連接第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器；第二比較器的正端連接采樣模塊，負(fù)端連接第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器。

15、進(jìn)一步地，所述上升斜率及下降斜率為：

16、

17、其中，k1、k2分別為電感勵(lì)磁電流的上升斜率、下降斜率，ts為時(shí)鐘周期，n1、n2為計(jì)數(shù)值，驅(qū)動(dòng)信號(hào)由0變1時(shí)計(jì)數(shù)器為0，當(dāng)檢測到第一比較器的上升沿時(shí)，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，當(dāng)檢測到第二比較器的上升沿時(shí)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值為n1；當(dāng)檢測到第二比較器comp2的下降沿時(shí)，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，當(dāng)檢測到第一比較器的下降沿時(shí)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)值為n2，ia(n)為上一開關(guān)周期目標(biāo)電流計(jì)算模塊輸出的目標(biāo)輸入電流。

18、進(jìn)一步地，所述輸入電壓瞬時(shí)值為：

19、

20、進(jìn)一步地，功率調(diào)整模塊的輸入為目標(biāo)參考電壓vref以及輸出電壓瞬時(shí)值vo(t)，通過pid控制算法確定功率調(diào)整系數(shù)m。

21、進(jìn)一步地，下一次開關(guān)周期的目標(biāo)輸入平均電流為：

22、ia(n+1)＝mvg(t)

23、其中，m為功率調(diào)整系數(shù)。

24、一種基于所述系統(tǒng)的低成本功率因數(shù)矯正方法，包括：

25、通過采樣模塊采集變換器輸入電流瞬時(shí)值以及輸出電壓瞬時(shí)值，將輸入電流瞬時(shí)值傳輸至斜率計(jì)算模塊，輸出電壓瞬時(shí)值傳遞給功率調(diào)整模塊；

26、斜率計(jì)算模塊計(jì)算勵(lì)磁電流上升斜率及下降斜率輸出至pwm輸出模塊，同時(shí)計(jì)算輸入電壓瞬時(shí)值傳遞給目標(biāo)電流計(jì)算模塊；

27、功率調(diào)整模塊確定功率調(diào)整系數(shù)，輸入至目標(biāo)電流計(jì)算模塊；

28、目標(biāo)電流計(jì)算模塊計(jì)算下一開關(guān)周期目標(biāo)參考電流；

29、pwm輸出模塊pwm驅(qū)動(dòng)輸出，從斜率計(jì)算模塊獲取開關(guān)管開通和關(guān)閉的控制信號(hào)，控制變換器開關(guān)管的開通和關(guān)閉。

30、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明移除了傳統(tǒng)的輸入電壓采樣電路，簡化了電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和減少了控制電路的輸入信號(hào)個(gè)數(shù)，并實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)矯正；本發(fā)明可以無需直接采樣輸入電壓即可實(shí)現(xiàn)ac-dc變換器的高功率因數(shù)矯正，無需依賴高成本、高精度、高速的adc器件或是其它復(fù)雜的采樣器件，即可實(shí)現(xiàn)輸入電壓值的采樣，從而降低了變換器的成本，提供一種經(jīng)濟(jì)高效且可靠的解決方案用于ac-dc開關(guān)電源功率因數(shù)矯正，尤其適用于對(duì)成本敏感的應(yīng)用場景。

技術(shù)特征：

1.一種用于ac-dc變換器的低成本功率因數(shù)矯正系統(tǒng)，與變換器構(gòu)成閉環(huán)回路，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于ac-dc變換器的低成本功率因數(shù)矯正系統(tǒng)，其特征在于，所述變換器為boost-pfc變換器。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于ac-dc變換器的低成本功率因數(shù)矯正系統(tǒng)，其特征在于，采樣模塊輸出的輸入電流瞬時(shí)值以及輸出電壓瞬時(shí)值為：

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于ac-dc變換器的低成本功率因數(shù)矯正系統(tǒng)，其特征在于，斜率計(jì)算模塊包括兩個(gè)比較器以及兩個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，第一比較器的正端連接采樣模塊，負(fù)端連接第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器；第二比較器的正端連接采樣模塊，負(fù)端連接第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于ac-dc變換器的低成本功率因數(shù)矯正系統(tǒng)，其特征在于，所述上升斜率及下降斜率為：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于ac-dc變換器的低成本功率因數(shù)矯正系統(tǒng)，其特征在于，所述輸入電壓瞬時(shí)值為：

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于ac-dc變換器的低成本功率因數(shù)矯正系統(tǒng)，其特征在于，功率調(diào)整模塊的輸入為目標(biāo)參考電壓vref以及輸出電壓瞬時(shí)值vo(t)，通過pid控制算法確定功率調(diào)整系數(shù)m。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于ac-dc變換器的低成本功率因數(shù)矯正系統(tǒng)，其特征在于，下一次開關(guān)周期的目標(biāo)輸入平均電流為：

9.一種基于權(quán)利要求1-8任一所述系統(tǒng)的低成本功率因數(shù)矯正方法，其特征在于，包括：

10.一種計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有可執(zhí)行程序，所述可執(zhí)行程序被處理器執(zhí)行實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求9所述的低成本功率因數(shù)矯正方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種用于AC?DC變換器的低成本功率因數(shù)矯正系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括：采樣模塊，通過采樣電阻采集變換器輸入電流瞬時(shí)值以及輸出電壓瞬時(shí)值；斜率計(jì)算模塊，用于求解輸入電感勵(lì)磁電流的上升斜率及下降斜率，輸出至PWM輸出模塊，同時(shí)計(jì)算輸入電壓瞬時(shí)值傳遞給目標(biāo)電流計(jì)算模塊；功率調(diào)整模塊，用于確定功率調(diào)整系數(shù)，輸入至目標(biāo)電流計(jì)算模塊；目標(biāo)電流計(jì)算模塊，用于計(jì)算變換器的下一次開關(guān)周期的目標(biāo)輸入平均電流，并將其反饋至斜率計(jì)算模塊；PWM輸出模塊，從斜率計(jì)算模塊獲取開關(guān)管開通和關(guān)閉的控制信號(hào)。本發(fā)明移除了輸入電壓采樣電路，簡化了電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和減少了控制電路的輸入信號(hào)個(gè)數(shù)，并實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)矯正。

技術(shù)研發(fā)人員：孫大鷹,王龔森,陳昶宇,陸昱鑫,王忠宇,王沖,顧文華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8