三電平pfc電路的數(shù)字控制系統(tǒng)及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電力電子電路數(shù)字控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種三電平PFC電路的數(shù)字控制系統(tǒng)及控制方法，該數(shù)字控制系統(tǒng)包括輸入相電流采樣模塊，輸出電壓與電流采樣模塊，模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，控制量運算模塊，PWM生成模塊；輸出電壓信號經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后，經(jīng)控制量運算模塊生成電壓控制因子；輸出電流信號經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后，經(jīng)控制量運算模塊生成頻率選擇因子；輸入相電流經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后，經(jīng)控制量運算模塊生成開關(guān)管控制因子；以上電壓控制因子、頻率選擇因子與開關(guān)管控制因子經(jīng)PWM生成模塊得到PWM控制量。該數(shù)字控制系統(tǒng)與控制方法實現(xiàn)了輸出正負母線電壓平衡，且在不同等級下的負載時均有很高的功率因數(shù)。
【專利說明】三電平PFC電路的數(shù)字控制系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子電路數(shù)字控制【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種三電平PFC電路的數(shù)字控制系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]三電平功率因數(shù)校正(PFC)電路拓撲結(jié)構(gòu)如圖(I)所示，其中R、S、T是三相交流電壓輸入，各相輸入分別接電感1^1、1^2、1^3，電感另一端分別連接由二極管01、02、03、04、05、D6組成的橋式電路中點A、B、C，二極管D1、D3、D5的N極共同連接至輸出電容Cu正極，為電路的正極輸出P，二極管D2、D4、D6的P極共同連接至輸出電容Cd負極，為電路的負極輸出N, S1、S2、S3分別為三相對應的開關(guān)管，由若干電力電子器件及其附加電路組成，通過開關(guān)管的電流可以是正向流動，也可以是反向流動，S1、S2、S3的其中一邊分別連接A、B、C點，另一邊均連接到輸出電容的中點M，以上電路相互連接構(gòu)成了三電平功率因數(shù)校正(PFC)電路。
[0003]目前，三電平PFC電路的控制存在多種方法，中國專利200910145279.1、200710080000.7均提供了空間矢量控制的方法，200910128568.0提供了一種優(yōu)化開
關(guān)操作的方法來確保電流的相位與電壓一致；國內(nèi)期刊的文獻上也有人提供了單周期(One-Cycle)控制的方法；這些控制方法各有特點，矢量控制是基于數(shù)字芯片的一種控制方法，實際中可以靈活應用，適合用于大功率的場合，但其算法相對比較復雜，需要對三相的輸入電壓、輸入電流、輸出電壓與電流進行采樣，增加了裝置的復雜度；單周期控制的方法較為簡單，無需要采樣輸入電壓，只需要對輸入電流、輸出電壓進行采樣，但由于需要實時的輸入電流參與比較得到控制量，采用數(shù)字芯片實現(xiàn)單周期控制存在較大難度。
[0004]因此，針對現(xiàn)有技術(shù)中的存在問題，亟需提供一種算法簡單，采樣數(shù)據(jù)較少，并且可以適用于大功率場合的三電平PFC電路的數(shù)字控制系統(tǒng)及控制方法顯得尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處而提供一種算法簡單、采樣數(shù)據(jù)較少，并且可以適用于大功率場合的三電平PFC電路的數(shù)字控制系統(tǒng)及控制方法。
[0006]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
三電平PFC電路的數(shù)字控制系統(tǒng)，包括
輸入相電流采樣模塊，用于采樣輸入相電流信號；
輸出電壓與電流米樣模塊，用于米樣輸出電壓信號和輸出電流信號；
模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，用于將輸入相電流信號、輸出電壓信號和輸出電流信號進行轉(zhuǎn)換，從而得到R相輸入電流“、S相輸入電流is、T相輸入電流it、輸出電壓％、輸出電流10 ；
控制量運算模塊，用于對R相輸入電流厶、S相輸入電流is、T相輸入電流it、輸出電壓%、輸出電流10進行計算，得到各相開關(guān)管控制因子和頻率選擇因子；PWM生成模塊，用于將頻率選擇因子和各相開關(guān)管控制因子轉(zhuǎn)換成各相開關(guān)管控制PWM對應的寄存器比較值，并根據(jù)對應的寄存器比較值對各相開關(guān)管進行控制。
[0007]其中，所述輸入相電流采樣模塊包括R相電流分流器、S相電流分流器、T相電流分流器、第一線性隔離器、第二線性隔離器、第三線性隔離器、第一信號調(diào)理電路；
所述R相電流分流器的輸出端與第一線性隔離器的輸入端連接，所述S相電流分流器的輸出端與第二線性隔離器的輸入端連接，所述T相電流分流器的輸出端與第三線性隔離器的輸入端連接，所述第一線性隔離器的輸出端、第二線性隔離器的輸出端、第三線性隔離器的輸出端分別與第一信號調(diào)理電路的輸入端連接，第一信號調(diào)理電路的輸出端與模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接。
[0008]其中，所述輸出電壓與電流采樣模塊包括輸出電壓分壓電路、輸出電流分流器、第四線性隔離器、第五線性隔離器和第二線性調(diào)理電路；
所述輸出電壓分壓電路的輸出端與第四線性隔離器的輸入端連接，所述輸出電流分流器的輸出端與第五線性隔離器的輸入端連接，所述第四線性隔離器的輸出端、第五線性隔離器的輸出端分別與第二信號調(diào)理電路的輸入端連接，第二信號調(diào)理電路的輸出端與模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接。
[0009]其中，所述控制量運算模塊包括PID調(diào)節(jié)器、R相開關(guān)管控制因子運算器、S相開關(guān)管控制因子運算器、T相開關(guān)管控制因子運算器、頻率選擇器；
所述控制量運算模塊包括PID調(diào)節(jié)器的輸入端、R相開關(guān)管控制因子運算器的輸入端、S相開關(guān)管控制因子運算器的輸入端、T相開關(guān)管控制因子運算器的輸入端、頻率選擇器的輸入端分別與模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接；PID調(diào)節(jié)器的輸出端分別與R相開關(guān)管控制因子運算器的輸入端、S相開關(guān)管控制因子運算器的輸入端、T相開關(guān)管控制因子運算器的輸入端連接#相開關(guān)管控制因子運算器的輸出端、S相開關(guān)管控制因子運算器的輸出端、T相開關(guān)管控制因子運算器的輸出端、頻率選擇器的輸出端分別與PWM生成模塊的輸入端連接。
[0010]三電平PFC電路的數(shù)字控制方法，包括以下步驟:
(O輸入相電流米樣模塊米樣輸入相電流信號，輸出電壓與電流米樣模塊米樣輸出電壓信號和輸出電流信號；
(2)輸入相電流信號、輸出電壓信號和輸出電流信號經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，得到R相輸入電流“、S相輸入電流is、T相輸入電流it、輸出電壓U0和輸出電流10 ；
(3)R相輸入電流厶、S相輸入電流is、T相輸入電流it、輸出電壓U0經(jīng)過控制量運算模塊的運算得到各相開關(guān)管控制因子，開關(guān)管控制因子用于控制各相開關(guān)管的開通時間；輸出電流10經(jīng)過控制量運算模塊的頻率選擇器得到頻率選擇因子& ；
(4)PWM生成模塊將開關(guān)管控制因子和頻率選擇因子轉(zhuǎn)換成開關(guān)管控制PWM對應的寄存器比較值，并根據(jù)寄存器比較值對各相開關(guān)管進行控制。
[0011]其中，所述步驟(I)具體為:
(11)R相交流電、S相交流電、T相交流電分別經(jīng)輸入相電流采樣模塊的R相電流分流器、S相電流分流器、T相電流分流器分流后，通過輸入相電流采樣模塊的線性隔離器隔離，最后經(jīng)過輸入相電流采樣模塊的第一信號調(diào)理電路得到輸入相電流信號；
(12)輸出電壓、輸出電流分別經(jīng)輸出電壓與電流米樣模塊的輸出電壓分壓電路、輸出電流分流器的處理后，通過輸出電壓與電流采樣模塊的線性隔離器隔離，最后經(jīng)過輸出電壓與電流采樣模塊的第二信號調(diào)理電路得到輸出電壓信號和輸出電流信號。
[0012]其中，所述步驟(3)具體為:
(31)控制量運算模塊的PID調(diào)節(jié)器將輸出電壓U0調(diào)節(jié)成穩(wěn)定的電壓控制因子&；
(32)控制量運算模塊的R相開關(guān)管控制因子運算器獲取電壓控制因子&和R相輸入電流厶，并運算得到R相開關(guān)管控制因子見；
控制量運算模塊的S相開關(guān)管控制因子運算器獲取電壓控制因子&和R相輸入電流is，并運算得到S相開關(guān)管控制因子久；
控制量運算模塊的T相開關(guān)管控制因子運算器獲取電壓控制因子&和R相輸入電流it，并運算得到T相開關(guān)管控制因子久；
(33)輸出電流10經(jīng)過控制量運算模塊的頻率選擇器得到頻率選擇因子
[0013]其中，所述步驟(32)的開關(guān)管控制因子的計算公式為:
Dr=1-1 IrMKu-,
Ds=1-1 is/Kv.,
Dt=l— I 雜,'
其中，化為R相開關(guān)管控制因子，ir為R相輸入電流，Ds為S相開關(guān)管控制因子，is為S相輸入電流，久為T相開關(guān)管控制因子，it為T相輸入電流。
[0014]其中，所述步驟(4)的開關(guān)管控制PWM對應的寄存器比較值計算公式為: CMPr=KfXT0XDr ；
CMPs=KfXT0XDs ；
CMPt=KfXT0XDt ；
其中，A為頻率選擇因子，T0為額定輸出電流時對應的PWM計數(shù)器的計數(shù)周期值，OTr為R相開關(guān)管控制PWM對應的寄存器比較值，為S相開關(guān)管控制PWM對應的寄存器比較值，CMPt為T相開關(guān)管控制PWM對應的寄存器比較值。
[0015]其中，所述頻率選擇器得到頻率選擇因子&的方式為:輸出電流Z0占額定輸出電流的百分比為P，當P大于O且小于等于20%時，頻率選擇因子A取值為0.2 ;當P大于20%且小于等于40%時，頻率選擇因子&取值為0.4 ;當P大于40%且小于等于60%時，頻率選擇因子A取值為0.6 ;當P大于60%且小于等于80%時，頻率選擇因子&取值為0.8 ;當P大于80%且小于等于100%時，頻率選擇因子&取值為I。
[0016]本發(fā)明的有益效果:1、本發(fā)明的三電平PFC電路的數(shù)字控制系統(tǒng)，只需要對輸入相電流、輸出電壓與輸出電流進行米樣，米樣數(shù)據(jù)較少，電路相對簡單；2、該三電平PFC電路的數(shù)字控制方法，算法簡單，執(zhí)行時間少，對數(shù)字芯片的運算能力要求相對比較低；3、該三電平PFC電路的數(shù)字控制方法，由于頻率選擇因子的合理設(shè)計與使用，在不同負載的情況下均可以達到很高的功率因數(shù)，而且電流諧波小。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]利用附圖對本發(fā)明做進一步說明，但附圖中的內(nèi)容不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制。
[0018]圖1是三電平PFC電路拓撲圖與本發(fā)明的三電平PFC電路的數(shù)字控制系統(tǒng)的模塊示意圖。
[0019]圖2是本發(fā)明的輸入相電流采樣模塊和輸出電壓與電流采樣模塊的模塊示意圖。[0020]圖3是本發(fā)明的控制量運算模塊的模塊示意圖。
[0021]圖4 Ca)是本發(fā)明的三電平PFC電路的數(shù)字控制方法的主程序流程圖。
[0022]圖4 (b)是本發(fā)明的三電平PFC電路的數(shù)字控制方法的定時器中斷程序流程圖。
[0023]圖4 (C)是本發(fā)明的三電平PFC電路的數(shù)字控制方法的PWM中斷程序流程圖。
【具體實施方式】
[0024]結(jié)合以下實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0025]如圖1至圖3所示，三電平PFC電路的數(shù)字控制系統(tǒng)，包括 輸入相電流采樣模塊，用于采樣輸入相電流信號；
輸出電壓與電流米樣模塊，用于米樣輸出電壓信號和輸出電流信號；
模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，用于將輸入相電流信號、輸出電壓信號和輸出電流信號進行轉(zhuǎn)換，從而得到R相輸入電流“、S相輸入電流is、T相輸入電流it、輸出電壓％、輸出電流10 ；
控制量運算模塊，用于對R相輸入電流厶、S相輸入電流is、T相輸入電流it、輸出電壓%、輸出電流10進行計算，得到各相開關(guān)管控制因子和頻率選擇因子；
PWM生成模塊，用于將頻率選擇因子和各相開關(guān)管控制因子轉(zhuǎn)換成各相開關(guān)管控制PWM對應的寄存器比較值，并根據(jù)對應的寄存器比較值對各相開關(guān)管進行控制。該三電平PFC電路的數(shù)字控制系統(tǒng)，只需要對輸入相電流、輸出電壓與輸出電流進行采樣，采樣數(shù)據(jù)較少，電路相對簡單。
[0026]如圖1所示，本發(fā)明的三電平PFC電路的數(shù)字控制裝置與其控制的三電平功率因數(shù)校正(PFC)電路拓撲結(jié)構(gòu)。工作時，交流電流從R、S、T三相輸入，經(jīng)電感L1、L2、L3、二極管Df D6、開關(guān)管S1、S2、S3、電容Cu及Cd組成的三電平功率因數(shù)校正(PFC)電路，轉(zhuǎn)化為PN端輸出的直流電；由輸入相電流采樣模塊、輸出電壓與電流采樣模塊、模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、控制量運算模塊以及PWM生成模塊相互連接組成的三電平PFC電路的數(shù)字控制裝置對開關(guān)管S1、S2、S3進行控制，使三相電流跟電壓同步，整個電源裝置呈純阻特性。
[0027]如圖2所示，其中，所述輸入相電流采樣模塊包括R相電流分流器、S相電流分流器、T相電流分流器、第一線性隔離器、第二線性隔離器、第三線性隔離器、第一信號調(diào)理電路；
所述R相電流分流器的輸出端與第一線性隔離器的輸入端連接，所述S相電流分流器的輸出端與第二線性隔離器的輸入端連接，所述T相電流分流器的輸出端與第三線性隔離器的輸入端連接，所述第一線性隔離器的輸出端、第二線性隔離器的輸出端、第三線性隔離器的輸出端分別與第一信號調(diào)理電路的輸入端連接，第一信號調(diào)理電路的輸出端與模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接。
[0028]其中，所述輸出電壓與電流采樣模塊包括輸出電壓分壓電路、輸出電流分流器、第四線性隔離器、第五線性隔離器和第二線性調(diào)理電路；
所述輸出電壓分壓電路的輸出端與第四線性隔離器的輸入端連接，所述輸出電流分流器的輸出端與第五線性隔離器的輸入端連接，所述第四線性隔離器的輸出端、第五線性隔離器的輸出端分別與第二信號調(diào)理電路的輸入端連接，第二信號調(diào)理電路的輸出端與模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接。
[0029]R相電流經(jīng)R相電流分流器后，得到的信號送至第一線性隔離器；S相電流經(jīng)S相電流分流器后，得到的信號送至第二線性隔離器；τ相電流經(jīng)T相電流分流器后，得到的信號送至第三線性隔離器；經(jīng)隔離的信號送至第一信號調(diào)理電路進行處理后，連接至模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，本實施例的模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采用DSP芯片TMS320F2808的ADC模塊，運行時，每個控制周期對輸入相電流進行轉(zhuǎn)換，經(jīng)轉(zhuǎn)換后得到三相電流之、is、it ;PN的輸出電壓經(jīng)輸出電壓分壓電路后，得到的信號送至第四線性隔離器，輸出負載電流經(jīng)輸出電流分流器后，得到的信號送至第五線性隔離器，經(jīng)隔離的信號送至第二信號調(diào)理電路進行處理后，連接至模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)轉(zhuǎn)換后得到輸出電壓U0與輸出電流10。
[0030]如圖3所示，其中，所述控制量運算模塊包括PID調(diào)節(jié)器、R相開關(guān)管控制因子運算器、S相開關(guān)管控制因子運算器、T相開關(guān)管控制因子運算器、頻率選擇器；
所述控制量運算模塊包括PID調(diào)節(jié)器的輸入端、R相開關(guān)管控制因子運算器的輸入端、S相開關(guān)管控制因子運算器的輸入端、T相開關(guān)管控制因子運算器的輸入端、頻率選擇器的輸入端分別與模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接；PID調(diào)節(jié)器的輸出端分別與R相開關(guān)管控制因子運算器的輸入端、S相開關(guān)管控制因子運算器的輸入端、T相開關(guān)管控制因子運算器的輸入端連接#相開關(guān)管控制因子運算器的輸出端、S相開關(guān)管控制因子運算器的輸出端、T相開關(guān)管控制因子運算器的輸出端、頻率選擇器的輸出端分別與PWM生成模塊的輸入端連接。 [0031 ] PID調(diào)節(jié)器接收到由模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換所得的輸出電壓U0,通過PID調(diào)節(jié)器與給定量Uset進行運算電壓控制因子& 送至R相開關(guān)管控制因子運算與ir進行運算得到R相開關(guān)管控制因子見送至S相開關(guān)管控制因子運算與is進行運算得到S相開關(guān)管控制因子久送至T相開關(guān)管控制因子運算與it進行運算得到T相開關(guān)管控制因子仏；這里的給定量具體指的是該電路的額定電壓。本實施例中的控制量運算模塊可以采用DSP芯片 TMS320F2808。
[0032]如圖1至圖3所示，三電平PFC電路的數(shù)字控制方法，包括以下步驟:
(O輸入相電流米樣模塊米樣輸入相電流信號，輸出電壓與電流米樣模塊米樣輸出電壓信號和輸出電流信號；
(2)輸入相電流信號、輸出電壓信號和輸出電流信號經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，得到R相輸入電流“、S相輸入電流is、T相輸入電流it、輸出電壓U0和輸出電流10 ；
(3)R相輸入電流厶、S相輸入電流is、T相輸入電流it、輸出電壓U0經(jīng)過控制量運算模塊的運算得到各相開關(guān)管控制因子，開關(guān)管控制因子用于控制各相開關(guān)管的開通時間；輸出電流10經(jīng)過控制量運算模塊的頻率選擇器得到頻率選擇因子& ；
(4)PWM生成模塊將開關(guān)管控制因子和頻率選擇因子轉(zhuǎn)換成開關(guān)管控制PWM對應的寄存器比較值，并根據(jù)寄存器比較值對各相開關(guān)管進行控制。
[0033]其中，所述步驟(1)具體為:
(11)R相交流電、S相交流電、T相交流電分別經(jīng)輸入相電流采樣模塊的R相電流分流器、S相電流分流器、T相電流分流器分流后，通過輸入相電流采樣模塊的線性隔離器隔離，最后經(jīng)過輸入相電流采樣模塊的第一信號調(diào)理電路得到輸入相電流信號；
(12)輸出電壓、輸出電流分別經(jīng)輸出電壓與電流米樣模塊的輸出電壓分壓電路、輸出電流分流器的處理后，通過輸出電壓與電流采樣模塊的線性隔離器隔離，最后經(jīng)過輸出電壓與電流采樣模塊的第二信號調(diào)理電路得到輸出電壓信號和輸出電流信號。[0034]信號調(diào)理電路往往是把來自傳感器的模擬信號變換為用于數(shù)據(jù)采集、控制過程、執(zhí)行計算顯示讀出和其他目的的數(shù)字信號。調(diào)理就是放大，緩沖或定標模擬信號，使其適合于模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的輸入。然后，ADC對模擬信號進行數(shù)字化，并把數(shù)字信號送到微控制器或其他數(shù)字器件，以便用于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理。
[0035]其中，所述步驟(3)具體為:
(31)控制量運算模塊的PID調(diào)節(jié)器將輸出電壓U0調(diào)節(jié)成穩(wěn)定的電壓控制因子&；
(32)控制量運算模塊的R相開關(guān)管控制因子運算器獲取電壓控制因子&和R相輸入電流厶，并運算得到R相開關(guān)管控制因子見；
控制量運算模塊的S相開關(guān)管控制因子運算器獲取電壓控制因子&和R相輸入電流is，并運算得到S相開關(guān)管控制因子久；
控制量運算模塊的T相開關(guān)管控制因子運算器獲取電壓控制因子&和R相輸入電流it，并運算得到T相開關(guān)管控制因子久；
(33)輸出電流10經(jīng)過控制量運算模塊的頻率選擇器得到頻率選擇因子
[0036]其中，所述步驟(32)的開關(guān)管控制因子的計算公式為:
Dr=1-1 IrMKu-,
Ds=1-1 is/Kv.,
Dt=l— I 雜,'
其中，化為R相開關(guān)管控制因子，ir為R相輸入電流，Ds為S相開關(guān)管控制因子，is為S相輸入電流，久為T相開關(guān)管控制因子，it為T相輸入電流。
[0037]其中，電流為10時對應的PWM計數(shù)器計數(shù)周期值為&X7；，各相開關(guān)管控制PWM對應的寄存器比較值為:
CMPr=KfXT0XDr ；
CMPs=KfXT0XDs ；
CMPt=KfXT0XDt ；
其中，A為頻率選擇因子，T0為額定輸出電流時對應的PWM計數(shù)器的計數(shù)周期值，OTr為R相開關(guān)管控制PWM對應的寄存器比較值，為S相開關(guān)管控制PWM對應的寄存器比較值，CMPt為T相開關(guān)管控制PWM對應的寄存器比較值。計算所得的Dr、Ds、Dt與Kf最終送至PWM生成模塊(5)進行處理。該三電平PFC電路的數(shù)字控制方法，算法簡單，執(zhí)行時間少，對數(shù)字芯片的運算能力要求相對比較低。
[0038]其中，所述頻率選擇器得到頻率選擇因子&的方式為:輸出電流/^占額定輸出電流的百分比為P，當P大于O且小于等于20%時，頻率選擇因子A取值為0.2 ;當P大于20%且小于等于40%時，頻率選擇因子&取值為0.4 ;當P大于40%且小于等于60%時，頻率選擇因子A取值為0.6 ;當P大于60%且小于等于80%時，頻率選擇因子&取值為0.8 ;當P大于80%且小于等于100%時，頻率選擇因子(取值為I。該三電平PFC電路的數(shù)字控制方法，由于頻率選擇因子的合理設(shè)計與使用，在不同負載的情況下均可以達到很高的功率因數(shù)，而且電流諧波小。
[0039]如圖4 Ca)所不，是二電平PFC電路的數(shù)字控制方法主程序流程圖，其中Flagl=I時，表示一個電壓閉環(huán)周期到達，對輸出電壓％的采樣已經(jīng)在定時器中斷程序中完成，此時通過PID調(diào)節(jié)器計算后得到電壓控制因子&;Flag2=l時，表示一個頻率選擇周期到達，對輸出電流/^的采樣已經(jīng)在定時器中斷程序中完成，此時通過頻率選擇器計算后得到頻率選擇因子如圖4 (b)所示，是三電平PFC電路的數(shù)字控制方法定時器中斷程序流程圖，其執(zhí)行時間間隔為lOOus，所以輸出電壓％的采樣周期及PID調(diào)節(jié)周期為1ms，對輸出電壓％采樣完成后，將Flagl置為1，返回主程序后便立刻進行一次PID調(diào)節(jié)；輸出電流Z0的采樣周期及頻率選擇因子的更新周期為20ms，對輸出電流厶采樣完成后，將Flag2置為1，返回主程序后便立刻更新頻率選擇因子A ;如圖4 (c)所示，是三電平PFC電路的數(shù)字控制方法PWM中斷程序流程圖，PWM中斷程序被設(shè)置為高優(yōu)先級中斷，在PWM計數(shù)器計數(shù)值為O時，均會進入PWM中斷程序，進入該程序后首先對三相輸入電流進行采樣，得到輸入相電流之、is、A，然后根據(jù)主程序中運算得到的電壓控制因子&計算下一個開關(guān)周期的開關(guān)管控制因子m并結(jié)合頻率選擇因子&計算各相開關(guān)管控制PWM對應的寄存器比較值CMPr、CMPs、CMPt與PWM計數(shù)器計數(shù)周期值ΑΧ,。最后，將各相開關(guān)管控制PWM對應的寄存器比較值更新為OPr ,CMPs ,CMPt，PWM計數(shù)器計數(shù)周期值更新為并設(shè)置為在下一開關(guān)周期生效。
[0040]最后應當說明的是，以上實施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對本發(fā)明保護范圍的限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明作了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實質(zhì)和范圍。
【權(quán)利要求】
1.三電平PFC電路的數(shù)字控制系統(tǒng)，其特征在于:包括 輸入相電流采樣模塊，用于采樣輸入相電流信號； 輸出電壓與電流米樣模塊，用于米樣輸出電壓信號和輸出電流信號； 模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，用于將輸入相電流信號、輸出電壓信號和輸出電流信號進行轉(zhuǎn)換，從而得到R相輸入電流“、S相輸入電流is、T相輸入電流it、輸出電壓％、輸出電流10 ； 控制量運算模塊，用于對R相輸入電流厶、S相輸入電流is、T相輸入電流it、輸出電壓%、輸出電流10進行計算，得到各相開關(guān)管控制因子和頻率選擇因子； PWM生成模塊，用于將頻率選擇因子和各相開關(guān)管控制因子轉(zhuǎn)換成各相開關(guān)管控制PWM對應的寄存器比較值，并根據(jù)對應的寄存器比較值對各相開關(guān)管進行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三電平PFC電路的數(shù)字控制系統(tǒng)，其特征在于:所述輸入相電流采樣模塊包括R相電流分流器、S相電流分流器、T相電流分流器、第一線性隔離器、第二線性隔離器、第三線性隔離器、第一信號調(diào)理電路； 所述R相電流分流器的輸出端與第一線性隔離器的輸入端連接，所述S相電流分流器的輸出端與第二線性隔離器的輸入端連接，所述T相電流分流器的輸出端與第三線性隔離器的輸入端連接，所述第一線性隔離器的輸出端、第二線性隔離器的輸出端、第三線性隔離器的輸出端分別與第一信號調(diào)理電路的輸入端連接，第一信號調(diào)理電路的輸出端與模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三電平PFC電路的數(shù)字控制系統(tǒng)，其特征在于:所述輸出電壓與電流采樣模塊包括輸出電壓分壓電路、輸出電流分流器、第四線性隔離器、第五線性隔離器和第二線性調(diào)理電路； 所述輸出電壓分壓電路的輸出端與第四線性隔離器的輸入端連接，所述輸出電流分流器的輸出端與第五線性隔離器的輸入端連接，所述第四線性隔離器的輸出端、第五線性隔離器的輸出端分別與第二信號調(diào)理電路的輸入端連接，第二信號調(diào)理電路的輸出端與模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三電平PFC電路的數(shù)字控制系統(tǒng)，其特征在于:所述控制量運算模塊包括PID調(diào)節(jié)器、R相開關(guān)管控制因子運算器、S相開關(guān)管控制因子運算器、T相開關(guān)管控制因子運算器、頻率選擇器； 所述控制量運算模塊包括PID調(diào)節(jié)器的輸入端、R相開關(guān)管控制因子運算器的輸入端、S相開關(guān)管控制因子運算器的輸入端、T相開關(guān)管控制因子運算器的輸入端、頻率選擇器的輸入端分別與模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接；PID調(diào)節(jié)器的輸出端分別與R相開關(guān)管控制因子運算器的輸入端、S相開關(guān)管控制因子運算器的輸入端、T相開關(guān)管控制因子運算器的輸入端連接#相開關(guān)管控制因子運算器的輸出端、S相開關(guān)管控制因子運算器的輸出端、T相開關(guān)管控制因子運算器的輸出端、頻率選擇器的輸出端分別與PWM生成模塊的輸入端連接。
5.三電平PFC電路的數(shù)字控制方法，其特征在于:包括以下步驟: (O輸入相電流米樣模塊米樣輸入相電流信號，輸出電壓與電流米樣模塊米樣輸出電壓信號和輸出電流信號； (2)輸入相電流信號、輸出電壓信號和輸出電流信號經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，得到R相輸入電流“、S相輸入電流is、T相輸入電流it、輸出電壓U0和輸出電流10 ；(3)R相輸入電流厶、S相輸入電流is、T相輸入電流it、輸出電壓U0經(jīng)過控制量運算模塊的運算得到各相開關(guān)管控制因子；輸出電流Z0經(jīng)過控制量運算模塊的頻率選擇器得到頻率選擇因子A; (4)PWM生成模塊將開關(guān)管控制因子和頻率選擇因子轉(zhuǎn)換成開關(guān)管控制PWM對應的寄存器比較值，并根據(jù)寄存器比較值對各相開關(guān)管進行控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三電平PFC電路的數(shù)字控制方法，其特征在于:所述步驟(1)具體為: (11)R相交流電、S相交流電、T相交流電分別經(jīng)輸入相電流采樣模塊的R相電流分流器、S相電流分流器、T相電流分流器分流后，通過輸入相電流采樣模塊的線性隔離器隔離，最后經(jīng)過輸入相電流采樣模塊的第一信號調(diào)理電路得到輸入相電流信號； (12)輸出電壓、輸出電流分別經(jīng)輸出電壓與電流米樣模塊的輸出電壓分壓電路、輸出電流分流器的處理后，通過輸出電壓與電流采樣模塊的線性隔離器隔離，最后經(jīng)過輸出電壓與電流采樣模塊的第二信號調(diào)理電路得到輸出電壓信號和輸出電流信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的三電平PFC電路的數(shù)字控制方法，其特征在于:所述步驟(3)具體為: (31)控制量運算模塊的PID調(diào)節(jié)器將輸出電壓U0調(diào)節(jié)成穩(wěn)定的電壓控制因子&； (32)控制量運算模塊的R相開關(guān)管控制因子運算器獲取電壓控制因子&和R相輸入電流厶，并運算得到R相開關(guān)管控制因子見； 控制量運算模塊的S相開關(guān)管控制因子運算器獲取電壓控制因子&和R相輸入電流is，并運算得到S相開關(guān)管控制因子久； 控制量運算模塊的T相開關(guān)管控制因子運算器獲取電壓控制因子&和R相輸入電流it，并運算得到T相開關(guān)管控制因子久； (33)輸出電流10經(jīng)過控制量運算模塊的頻率選擇器得到頻率選擇因子
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的三電平PFC電路的數(shù)字控制方法，其特征在于:所述步驟(32)的開關(guān)管控制因子的計算公式為:
Dr=1-1 IrMKu-,
Ds=1-1 is/Kv., Dt=l— I 雜,' 其中，化為R相開關(guān)管控制因子，ir為R相輸入電流，Ds為S相開關(guān)管控制因子，is為S相輸入電流，久為T相開關(guān)管控制因子，it為T相輸入電流。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的三電平PFC電路的數(shù)字控制方法，其特征在于:所述步驟(4)的開關(guān)管控制PWM對應的寄存器比較值計算公式為:
CMPr=KfXT0XDr ；
CMPs=KfXT0XDs ；
CMPt=KfXT0XDt ； 其中，A為頻率選擇因子，T0為額定輸出電流時對應的PWM計數(shù)器的計數(shù)周期值，OTr為R相開關(guān)管控制PWM對應的寄存器比較值，為S相開關(guān)管控制PWM對應的寄存器比較值，CMPt為T相開關(guān)管控制PWM對應的寄存器比較值。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三電平PFC電路的數(shù)字控制方法，其特征在于:所述頻率選擇器得到頻率選擇因子A的方式為:輸出電流/^占額定輸出電流的百分比為P，當P大于O且小于等于20%時，頻率選擇因子&取值為0.2 ;當P大于20%且小于等于40%時，頻率選擇因子A取值為0.4 ;當P大于40%且小于等于60%時，頻率選擇因子&取值為0.6 ;當P大于60%且小于等于80%時，頻率選擇因子&取值為0.8 ;當P大于80%且小于等于100%時，頻率選擇因子A取 值為I。
【文檔編號】H02M1/42GK104022637SQ201410281198
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月23日
【發(fā)明者】周映虹, 黃熙, 陳小琴 申請人:廣東工業(yè)大學