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CN115173694B - 一种三相维也纳pfc电路的控制方法 - Google Patents

一种三相维也纳pfc电路的控制方法 Download PDF

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CN115173694B CN202211092250.3A CN202211092250A CN115173694B CN 115173694 B CN115173694 B CN 115173694B CN 202211092250 A CN202211092250 A CN 202211092250A CN 115173694 B CN115173694 B CN 115173694B
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Abstract

本发明公开了一种三相维也纳PFC电路的控制方法，三相维也纳PFC电路包括主电路和控制电路，主电路包括三相二极管整流桥、三条支路和输出电容，支路包括电感和双向开关；控制电路包括控制器和与支路对应的电流采样电路，双向开关的控制端接控制器对应的驱动信号输出端；电流采样电路包括电流互感器和采样信号处理电路；电流互感器的原边绕组接在对应支路的电感与双向开关之间；电流互感器副边绕组的采样信号输出端接和采样信号处理电路的信号输入端，采样信号处理电路对采样信号的杂波信号进行消除；采样信号处理电路的信号输出端接控制器对应的电流采样信号输入端。本发明消除了采样信号中的杂波信号，采样精度高，PFC电路的安全性好。

Description

一种三相维也纳PFC电路的控制方法
技术领域
本发明涉及三相维也纳PFC电路，尤其涉及一种三相维也纳PFC电路的控制方法。
背景技术
传统的三相VIENNA PFC电路的电流采样的方法是使用两路隔离放大器采样或者两路霍尔芯片采样。其中使用隔离放大器采样时，有如下缺点：（1）放大器需要匹配的电阻功率损耗大，不利于提高效率；（2）隔离放大器成本较高；（3）采样精度低，产生的谐波干扰大；（4）两路的隔离放大器只能做到两路的逐波限流功能，可靠性差。而使用霍尔芯片采样有如下缺点：（1）采样精度低，产生的谐波干扰大，使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗；（2）两路的霍尔芯片只能做到两路的逐波限流功能，可靠性差；（3）成本高，产品性价比低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种电流采样受谐波干扰小，采样精度高，PFC电路的安全性好的三相维也纳PFC电路的控制方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种三相维也纳PFC电路的控制方法，三相维也纳PFC电路包括主电路和控制电路，主电路包括三相二极管整流桥、三条支路和输出电容，支路包括电感和双向开关；控制电路包括控制器和与支路对应的电流采样电路，双向开关的控制端接控制器对应的驱动信号输出端；电流采样电路包括电流互感器和采样信号处理电路；电流互感器的原边绕组接在对应支路的电感与双向开关之间；电流互感器副边绕组的采样信号输出端接和采样信号处理电路的信号输入端，采样信号处理电路对采样信号的杂波信号进行消除；采样信号处理电路的信号输出端接控制器对应的电流采样信号输入端。
以上所述的控制方法，采样信号处理电路包括整流电路和滤波电路，整流电路的输入端接电流互感器副边绕组的采样信号输出端，整流电路的输出端通过滤波电路接采样信号处理电路的信号输出端。
以上所述的控制方法，采样信号处理电路包括开关管、稳压管和第三电阻，开关管接在整流电路与滤波电路之间；开关管的控制端接控制器对应的开关管控制信号输出端；稳压管的阴极接整流电路的输出端，稳压管的阳极接滤波电路的输入端；第三电阻与稳压管并接。
以上所述的控制方法，开关管的占空比小于双向开关的占空比。
以上所述的控制方法，整流电路包括两个双串联开关二极管和第四电阻,双串联开关二极管的阴极接整流电路的输出端, 双串联开关二极管的阳极接地; 两个双串联开关二极管的中间引脚分别接电流互感器副边绕组的两端,第四电阻与电流互感器副边绕组并接。
以上所述的控制方法，滤波电路包括滤波电容、第一电阻和第二电阻，滤波电容接在采样信号处理电路的信号输出端与地之间，第二电阻的第一端接滤波电路的输入端，第二端接采样信号处理电路的信号输出端；第一电阻接在第二电阻的第一端与地之间。
本发明的控制方法消除了采样信号中的杂波信号，采样精度高，PFC电路的安全性好。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例三相维也纳PFC电路的原理图。
图2是本发明实施例电流采样电路的原理图。
图3是本发明实施例电流采样电路的波形图。
具体实施方式
本发明实施例三相维也纳PFC电路的原理和控制方法如图1至图3所示，三相维也纳PFC电路包括主电路和控制电路，主电路包括由二极管D1至D6组成的三相二极管整流桥、由电感和双向开关串联组成的三条支路，以及由电容C1和电容C2串联组成的输出电容。双向开关由两个MOS管S1和S2反向串联组成。
控制电路包括微控制器MCU和与支路对应的电流采样电路。双向开关的控制端接微控制器对应的驱动信号输出端。
三相VIENNA PFC可以认为是三个单相倍压boost整流器的Y型并联，三条支路的工作原理是一样的，本发明实施例仅以其中的第一条支路（a相）为例来阐述分析。
第一电流采样电路对应于第一支路，第一电流采样电路包括第一电流互感器CT1和第一采样信号处理电路PS1。
第一电流互感器CT1的原边绕组接在第一支路的电感与双向开关之间。第一电流互感器CT1副边绕组的采样信号输出端接第一采样信号处理电路PS1的信号输入端，采样信号处理电路PS对采样信号的杂波信号进行消除。第一采样信号处理电路PS1的信号输出端接微控制器对应的电流采样信号输入端。
如图1所示，第一支路PFC电感L1的第一端接三相交流电的a相输出端Va，PFC电感L1的第二端通过第一电流互感器CT1的原边绕组接第一支路双向开关的第一端，即MOS管S2的漏极。第一支路双向开关的第二端即MOS管S1的漏极接输出电容的中点GND。
如图2所示，第一采样信号处理电路PS1包括全桥整流电路、MOS管S、稳压管Z1、第三电阻R3和滤波电路。
全桥整流电路包括双串联开关二极管D_1、双串联开关二极管D_2和第四电阻R0,双串联开关二极管D的阴极接整流电路的输出端, 双串联开关二极管D_1和D_2的阳极接地，双串联开关二极管D_1的中间引脚接第一电流互感器CT1副边绕组的第一端IA--,双串联开关二极管D_2的中间引脚接第一电流互感器CT1副边绕组的第二端IA++。第四电阻R0与第一电流互感器CT1的副边绕组并接。
滤波电路包括滤波电容C3、第一电阻R1和第二电阻R2，滤波电容C3接在第一采样信号处理电路PS1的信号输出端IASENSE与地GND之间，第二电阻R2的第一端接滤波电路的输入端，第二端接采样信号处理电路PS的信号输出端IASENSE。第一电阻R1接在第二电阻R2的第一端与地GND之间。
MOS管S接在全桥整流电路与滤波电路之间。即MOS管S的漏极接全桥整流电路的输出端，即D_1和D_2的阴极；MOS管S的源极接滤波电路的输入端，即第二电阻R2的第一端；MOS管S的栅极接微控制器对应的控制信号输出端IA_ADC_EN。稳压管Z1的阴极接MOS管S的漏极，稳压管Z1的阳极接MOS管S的源极。第三电阻R3与稳压管Z1并接。
全桥整流电路对第一电流互感器CT1的副边绕组输出电流进行整流，成功地将电流信号转换成电信号。此信号包含了电流互感器CT1的正向电流信号（电流基波信号）、电流互感器CT1的复位信号和功率开关管（双向开关的两个MOS管S1和S2）带来的噪音（杂波信号），基波信号是有益信号，杂波信号是有害信号，因此需要对电流杂波信号进行消除，同时保证电流基波信号不受影响。杂波信号会在滤波电路中越积越多。
图1所示的双向开关的两个MOS管S1和S2是同步的，图2中MOS管S的驱动信号IA_ADC_EN可以对电流信号进行选型，如图3所示，在双向开关的两个MOS管S1和S2开通时，开通MOS管S将基波信号送到滤波电路，将电流互感器的复位信号挡在MOS管S的左边，通过MOS管S的左边线路对其进行消耗。将MOS管S驱动信号IA_ADC_EN的占空比略小于双向开关的两个MOS管S1和S2的驱动信号DRVA，两个MOS管S1和S2带来的噪音就可以被MOS管S挡住，通过MOS管S电阻R0和电阻R3对其进行消耗，在两个MOS管S1和S2关断的时候产生的尖峰通过稳压管Z1来进行抑制，通过电阻R3来进行放电。
通过上述处理，第一采样信号处理电路PS1将需要的基波电流信号IASENSE送入微控制器MCU，实现了无干扰采样,在微控制器MCU中通过电压外环，电流内环的双环PI环路控制方法进行控制。无干扰的电流采样信号给微控制器环路控制带来明显的优势，可以实现三相维也纳PFC电路稳定的工作状态，高的功率因素以及小的电流谐波。
三条支路独立的电流采样信号通过微控制器可以分别对每一支路增加逐波限流功能，明显地提高了三相维也纳PFC电路的安全性。
本发明以上实施例解决了传统三相维也纳PFC电路电流采样的采样功耗较大，轻载时产生的电流谐波干扰大，使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电，输电及用电设备的效率、可靠性差、成本高等问题。

Claims (3)

1.一种三相维也纳PFC电路的控制方法，三相维也纳PFC电路包括主电路和控制电路，主电路包括三相二极管整流桥、三条支路和输出电容，支路包括电感和双向开关；控制电路包括控制器，双向开关的控制端接控制器对应的驱动信号输出端；其特征在于，控制电路包括与支路对应的电流采样电路，电流采样电路包括电流互感器和采样信号处理电路；电流互感器的原边绕组接在对应支路的电感与双向开关之间；电流互感器副边绕组的采样信号输出端接和采样信号处理电路的信号输入端，采样信号处理电路对采样信号的杂波信号进行消除；采样信号处理电路的信号输出端接控制器对应的电流采样信号输入端；采样信号处理电路包括整流电路、滤波电路、开关管、稳压管和第三电阻，整流电路的输入端接电流互感器副边绕组的采样信号输出端，整流电路的输出端通过滤波电路接采样信号处理电路的信号输出端；采样信号处理电路包括开关管、稳压管和第三电阻，开关管接在整流电路与滤波电路之间；开关管的控制端接控制器对应的开关管控制信号输出端；稳压管的阴极接整流电路的输出端，稳压管的阳极接滤波电路的输入端；第三电阻与稳压管并接；开关管的占空比小于双向开关的占空比，且开关管晚于双向开关开通，早于双向开关关断。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，整流电路包括两个双串联开关二极管和第四电阻,双串联开关二极管的阴极接整流电路的输出端, 双串联开关二极管的阳极接地; 两个双串联开关二极管的中间引脚分别接电流互感器副边绕组的两端,第四电阻与电流互感器副边绕组并接。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，滤波电路包括滤波电容、第一电阻和第二电阻，滤波电容接在采样信号处理电路的信号输出端与地之间，第二电阻的第一端接滤波电路的输入端，第二端接采样信号处理电路的信号输出端；第一电阻接在第二电阻的第一端与地之间。
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