当前位置：首页 > news >正文

pfc性能优化_占空比前馈优化

news 2025/10/25 12:32:48

前言

引入参考电流校正，以修正DCM 模式下采样电流值为电感电流平均
值，但是仍然存在轻载工况下输入电流畸变严重，THD 较大的问题。一般会在PFC控制系统上加入一个占空比前馈环节，当PFC 在宽输出功率下工作，即同时存在DCM 模式与CCM 模式，此时单一的占空比前馈方案不再适用。如果对传统的占空比前馈方案加以改进，使得PFC 系统在宽输出功率下都有较低的输入电流THD，并从输入导纳的角度分析占空比前馈方案的合理性。

1.DCM 与CCM 临界条件分析

为了使得PFC 系统能够在全负载下稳定运行，首先需要分析DCM 模式与CCM模式的临界工作点，下面推导DCM 模式与CCM 模式的临界条件。
在这里插入图片描述
临界电流模式电感电流波形如图所示，电感电流采样值等于电感电流平均值，设开关周期为，那么电感电流采样值为：

因为电流环带宽远大于电压环带宽，输入导纳可以近似为常量，所以有：

当PFC 工作于临界点时，在单个开关周期内占空比为：
在这里插入图片描述
所以临界导通时输入导纳为：

若PFC 在整个工频周期都工作于CCM 模式，需满足条件：

若PFC 在整个工频周期都工作于DCM 模式，需满足条件：

当输入导纳在两者之间时，CCM 模式与DCM 模式混合存在。

2.占空比前馈控制

2.1CCM 模式下理想占空比

在这里插入图片描述
当PFC 工作于电流连续模式时，第n 个周期的电感电流示意图如上图所示。
占空比为d， iL(t(n))与 iL(t(n+1))分别是第n 个开关周期开始和第n 个周期结束
时的电感电流大小， iL(t(n)+dTs)为第n 个周期开关管关断时刻的电感电流大小。
当t(n)<t<t(n)+dTs时，开关管开通，此时有：
在这里插入图片描述
当t(n)+dTs)<t<t(n+1)时开关管关断：

设输入电压为，

由平均开关模型：
在这里插入图片描述
定义开关管关断占空比为：

设交流输入电压为

那么上式可以表达为：

其中为符号函数，

设功率因数为1，即从交流端看过去PFC 呈纯电阻性，设等效电阻大小为，则
有：

带入上式有：

由上式得：
在这里插入图片描述

从上式可以看出电感电流稳定状态由输入电压和占空比共同决定，而输入电压可被视为是扰动，所以考虑将其加入到前馈环节可以抑制交流侧电压引起的扰动。

2.2DCM 模式下理想占空比

在一个开关周期内，电感电流峰值为：
在这里插入图片描述
忽略直流侧电压波动，由伏秒平衡可得：

电感电流平均值为：

其中是开关频率，所以输入电流为：

假设占空比固定，对输入电流进行标幺化，基准值:

标幺化后的输入电流表达式为:

半个工频周期标幺化后输入电流理论值波形如下图所示：
在这里插入图片描述
可以看到，当输出电压一定时，输入电压有效值越大，波形畸变越严重。为了使输入电流为正弦波形，取：

输入功率为

若要使输入电流为正弦波，即PF=1，可得

为了方便数字控制实现

即DCM 模式下使得输入电流正弦较高期望占空比.

3.占空比前馈优化控制方案

绘制出不同功率下理想占空比曲线图：
在这里插入图片描述
可知，当 DCM占空比曲线与 CCM占空比曲线相交时，为临界导通点；在临界之间系统处于点；在临界之间系统处于 CCM模式，临界点两端系统处于模式，临界点两端系统处于模式，临界点两端系统处于 DCM模式。所以在模式。所以在半个周期内， DCM理想占空比与 CCM理想占空比较小者即为，能使输入电流正弦度提高，提高功率因数。
在这里插入图片描述
由以上讨论，考虑前馈由以上讨论，考虑前馈 DCM模式理想占空比与 CCM模式理想占空比较小者，即为 PFC系统有效占空比；得出改进后的控制框图如系统有效占空比；得出改进后的控制框图如系统有效占空比；得出改进后的控制框图如上图所示，在平均电流控制基础上加入变占空比前馈，并且引了第二章讨论的参考电流修正环节当 boost PFC系统处于 CCM模式时，修正系数等于 1，系统处于 DCM模式时，修正系数模式时，修正系数大于 1，使得平均电流，使得平均电流正弦度提高。占空比前馈与指令电流修正结合占空比前馈与指令电流修正结合，可以使数字控制 PFC系统适应输出功率宽范围变化。适应输出功率宽范围变化。