專利名稱：一種可實(shí)現(xiàn)pfc均流并聯(lián)的電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種可實(shí)現(xiàn)PFC (Power Factor Correction，功率因數(shù)校正)均流 并聯(lián)的電路，該電路可以實(shí)現(xiàn)多塊PFC板的均流并聯(lián)，尤其是可以實(shí)現(xiàn)不同功率等級(jí)的PFC 功率板的并聯(lián)。
背景技術(shù)：
在不間斷電源(UPS)等電力電子設(shè)備中，設(shè)有進(jìn)行能量變換的功率板，為了解決 功率容量限制問題，常采用多塊功率板并聯(lián)的方案，多塊功率板并聯(lián)的方案在成本上也有 優(yōu)勢(shì)。功率板并聯(lián)有諸多優(yōu)點(diǎn)，但由于元器件本身存在差異，如晶閘管(SCR)的壓降，電 感的差異，開關(guān)管的開關(guān)速度等，往往使得各個(gè)系統(tǒng)的阻抗不一致，如果不采用均流措施而 直接將兩個(gè)功率板并聯(lián)，將導(dǎo)致每塊功率板的電流并不一致，輕則影響元器件壽命，浪費(fèi)容 量，重則燒毀功率板，造成整個(gè)UPS系統(tǒng)崩潰。因此當(dāng)功率板并聯(lián)使用時(shí)，均流措施必不可 少。對(duì)于功率板的并聯(lián)均流，總體來說分為主動(dòng)均流和被動(dòng)均流。被動(dòng)均流常用的方 法是在功率板之間接差模電感(Differential Mode Choke)，通過調(diào)節(jié)阻抗來達(dá)到均流的 目的，如圖1所示。這樣的方法均流效果十分有限，而且成本較高，對(duì)于現(xiàn)在的技術(shù)手段來 說較少使用。在功率板并聯(lián)主動(dòng)均流控制中，在PFC電路部分有大量的文獻(xiàn)和專利產(chǎn)出，我 們回顧下一些常用方案。如圖2所示，此控制方式在美國專利申請(qǐng)US20050036337A1中 (Current sharing method and apparatus for alternateIycontrolling parallel connected boost PFC circuits)，提到了使用2個(gè)控制芯片UC3854 (1，2)，在共用電壓控制 環(huán)路的情況下，產(chǎn)生2個(gè)獨(dú)立的電流控制環(huán)路，以此來控制2塊并聯(lián)功率板。這種方法只是 兩個(gè)電流環(huán)的給定相同，并不能實(shí)現(xiàn)真正意義上的均流。另外該方案只針對(duì)了 2塊功率板 并聯(lián)，比較狹隘。如圖3所示，此亦為市場(chǎng)上較多采用的做法，所需采樣的信號(hào)與圖2的方案大致相 同，電流采樣一般是采樣每塊功率板的電感電流。控制器的輸出信號(hào)Vm直接與三角波比較 產(chǎn)生PWM信號(hào)；而副板的電感電流與主板的電感電流的差值經(jīng)過調(diào)節(jié)器得到的結(jié)果與Vm相 累加，然后同三角波比較得到了副功率板的PWM信號(hào)。此方案與圖2的不同之處在于，功率板B的控制環(huán)路中，引入了其與功率板A的電 流之差的信號(hào)，這樣可以使功率板B的電流向功率板A靠攏，最后在總功率一定的情況下達(dá) 到均流的效果?？刂破鳟a(chǎn)生主調(diào)制波電壓Vm和通過對(duì)主副PFC板電感電流差值的調(diào)節(jié)得到 的電壓補(bǔ)償量信號(hào)后，去調(diào)節(jié)副功率板的PWM，使副PFC板的電流向主功率板的電流靠攏， 當(dāng)主功率板電流與副功率板有較大差異時(shí)，需要調(diào)節(jié)的時(shí)間較長，尤其會(huì)影響動(dòng)態(tài)性能。以上的現(xiàn)有技術(shù)都存在一定的缺點(diǎn)，表現(xiàn)為1、均流度低；2、成本較高；3、對(duì)主板 未做調(diào)節(jié)，響應(yīng)較慢；4、并板數(shù)量?jī)H限于兩個(gè)；5、無法實(shí)現(xiàn)不同功率等級(jí)的PFC板并聯(lián)。
實(shí)用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)上的缺陷，本實(shí)用新型提出一系列新的PFC板并聯(lián)均流電路以 解決以上的不足。本實(shí)用新型提出一種可實(shí)現(xiàn)PFC均流并聯(lián)的電路，其包括至少兩個(gè)并聯(lián)的PFC電路、采樣電路、主控制器電路和均流控制電路。其中，各PFC 電路用于實(shí)現(xiàn)整流，輸入功率因素校正和升壓的功能。采樣電路包括輸入市電電壓采樣電 路、輸出直流電壓采樣電路和各PFC的電感電流采樣電路。主控制器電路用于實(shí)現(xiàn)功率因 數(shù)校正的主控制器電路，其優(yōu)選為DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)。均流控制電路包含多個(gè)電流誤 差控制環(huán)路，每個(gè)PFC電路都對(duì)應(yīng)一個(gè)電流誤差控制環(huán)路。每個(gè)誤差控制環(huán)路包括運(yùn)算環(huán) 節(jié)，控制環(huán)節(jié)和占空比調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)。根據(jù)本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式，其中各PFC電路的輸入是并聯(lián)的，輸出也 是并聯(lián)的。根據(jù)本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式，其中主控制器電路為數(shù)字信號(hào)處理器。根據(jù)本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式，其中并聯(lián)的所述各PFC電路是相同功率 等級(jí)，且與所述各PFC電路對(duì)應(yīng)的所述各電流誤差控制環(huán)路也相同。根據(jù)本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式，其中所述并聯(lián)的PFC電路功率等級(jí)不同， 且各副PFC電路的電流誤差控制環(huán)路中的所述采樣環(huán)節(jié)與所述差值運(yùn)算環(huán)節(jié)之間進(jìn)一步 包括一控制單元。本實(shí)用新型引入電流誤差控制環(huán)路，并聯(lián)的PFC板(包括主板在內(nèi))的PWM信號(hào)， 在每個(gè)開關(guān)周期都會(huì)被誤差控制環(huán)路調(diào)節(jié)，使各PFC電路的輸入電流跟隨平均電流，實(shí)現(xiàn) 真正意義上的均流。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的PFC并聯(lián)均流控制電路具有控制電路簡(jiǎn)單，易于 實(shí)現(xiàn)，成本較低，響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，并可實(shí)現(xiàn)不同功率等級(jí)的多塊功率板并聯(lián)，與已有的 技術(shù)相比，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中功率板被動(dòng)均流并聯(lián)，應(yīng)用差模電感方案的示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中具有獨(dú)立電流環(huán)的控制方式的示意圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)中并板系統(tǒng)共用控制器的示意圖；圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例一，相同功率的PFC電路并聯(lián)以平均電流做控制對(duì)象的 示意圖；圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例二，相同功率的PFC電路并聯(lián)以主板電流做控制對(duì)象的 示意圖；圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例三，不同功率的功率板并聯(lián)以平均電流做控制對(duì)象的示 意圖；圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例四，不同功率的PFC電路并聯(lián)，主副板電感電流采樣設(shè)置 為不同的采樣比，以主板電流做控制對(duì)象的示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的硬件電路和控制方法做進(jìn)一步說明。實(shí)施例一下面結(jié)合double-boost架構(gòu)的PFC電路分析本實(shí)用新型的硬件電路和控制方 法。由于該架構(gòu)在市電的正負(fù)半周具有對(duì)稱性，故僅以正邊的電路為例說明。如圖4所 示，晶閘管SCRl，電感Li，開關(guān)管Ql，續(xù)流二極管Dl和電容C組成一個(gè)double-boost架構(gòu) 的PFC電路的正邊；晶閘管SCR2，電感L2，開關(guān)管Q2，續(xù)流二極管D2和電容C組成另一個(gè) double-boost架構(gòu)的PFC電路的正邊，它們的輸入是并聯(lián)的，輸出也是并聯(lián)的。采樣電路分 別采樣輸入市電電壓，輸出電容C的電壓和電感Ll和L2的電流?？刂撇糠诌x擇DSP (數(shù)字 信號(hào)處理器)實(shí)現(xiàn)，這樣硬件電路比較簡(jiǎn)化。下面分析控制方法，第一均流單元的控制，首先對(duì)電感Ll和電感L2采樣電流iLl， iL2做平均運(yùn)算(對(duì)應(yīng)于圖中401虛線部分)，得到信號(hào)為(iLl+iL2)/2，作為誤差控制環(huán)路 的參考給定信號(hào)。該電流給定信號(hào)分別與電感Ll和L2的電流采樣信號(hào)相減，得到兩路電流 誤差信號(hào)，然后分別經(jīng)過電流誤差控制器Gil和Gi2，得到兩個(gè)調(diào)制波補(bǔ)償量信號(hào)Vl和V2。 本實(shí)施例中兩個(gè)并聯(lián)的PFC電路參數(shù)相同，功率相等，故誤差環(huán)路也相同，Gil和Gi2相同， 本實(shí)施例首選比例調(diào)節(jié)器。功率因數(shù)校正單元控制方法為Vref為整個(gè)并板系統(tǒng)的參考給定，代表輸出電壓 的目標(biāo)值，Vout為輸出電壓反饋信號(hào)，Vref與Vout相減，得到的電壓誤差信號(hào)，然后通過電 壓環(huán)控制器Gv，再與輸入采樣信號(hào)信號(hào)相乘(圖中M環(huán)節(jié))得到電流環(huán)給定；電流環(huán)給定 與電流環(huán)的反饋信號(hào)，即兩個(gè)PFC電路電感電流采樣的平均值(iLl+iL2)/2，二者之差得到 的電流誤差信號(hào)，電流誤差信號(hào)再通過電流環(huán)控制器Gi得到主調(diào)制波Vm ；占空比調(diào)節(jié)單元實(shí)現(xiàn)調(diào)制波補(bǔ)償量信號(hào)Vl和V2分別與主調(diào)制波Vm相加，得到 Vml和Vm2，Vml和Vm2分別與三角波比較得到兩個(gè)PFC電路的P麗信號(hào)。實(shí)施例二如圖5所示，為多個(gè)PFC電路并聯(lián)，功率部分硬件電路同實(shí)施例一，輸入是并聯(lián)的， 輸出也是并聯(lián)。圖中省略了硬件電路部分。主控制器電壓環(huán)為501，同本實(shí)用新型實(shí)施例 一；電流環(huán)為502，其電流反饋為主PFC電感電流，而非平均電流；電流誤差控制環(huán)路數(shù)量與 并聯(lián)的PFC電路一一對(duì)應(yīng)，圖示503是與PFC-A電路對(duì)應(yīng)的電流誤差控制環(huán)路，其電流給定 為Σ Is/X，其中X為并聯(lián)PFC板的數(shù)量。Gil，Gi2，Gi3分別是PFC-A電路，PFC-B電路和 PFC-C電路的電流誤差環(huán)的控制器，對(duì)應(yīng)于圖中504。每個(gè)誤差控制環(huán)路與本實(shí)用新型實(shí)施 例一相同。由于電流誤差環(huán)路的作用，使各PFC板電感電流跟隨平均電流，即使以主PFC的 電感電流做控制對(duì)象，也會(huì)實(shí)現(xiàn)各功率板間均流。實(shí)施例三如圖6所示，為本實(shí)用新型的實(shí)施例三，并聯(lián)的PFC電路為不同功率等級(jí)。整流橋 Bridge,電感Li，開關(guān)管Ql，二極管Dl和電容C組成PFC電路一；整流橋Bridge,電感L2， 開關(guān)管Q2，二極管D2和電容C組成PFC電路二。兩個(gè)PFC電路硬件參數(shù)不同，功率也不同， 電路一額定功率為P1，額定電流為Il ；電路二額定功率為P2，額定電流為12。設(shè)電路一為 主板，電路二為副板。經(jīng)電流采樣后，獲得主副PFC電流電感電流采樣信號(hào)iLl和iL2，電路 二在對(duì)電感L2電流采樣后，經(jīng)過一個(gè)比例環(huán)節(jié)對(duì)電流采樣信號(hào)進(jìn)行處理。該比例環(huán)節(jié)增益K = P1/P2。然后經(jīng)過運(yùn)算獲得平均電流反饋信號(hào)(iLl+KiL2)/2，作為主控制器電流環(huán)反饋 信號(hào)和誤差環(huán)給定信號(hào)，其余環(huán)節(jié)同本實(shí)用新型的實(shí)施例一。當(dāng)有多個(gè)PFC電路并聯(lián)時(shí)，平
均電流反饋信號(hào) Σ Is/X 含義為:[iLl+(Pl/P2)*iL2+(Pl/P3)*iL3+......+ (Pl/PX) *iLX] /
X，其中X為并聯(lián)功率板數(shù)量，將其它功率板向主PFC電路折算。實(shí)施例四如圖7所示，為的實(shí)施例四，其功率部分硬件電路同本實(shí)用新型的實(shí)施例三，并 聯(lián)的PFC電路為不同功率等級(jí)的，分別為Pa和Pb，額定電流為Ia和lb。圖中Sl和S2分 別是PFC電路一和PFC電路二的電感電流采樣電路，其采樣比(實(shí)際電感電流比采樣端電 流之比)不同，分別為Kl和K2，滿足Pa/Kl = Pb/K2。經(jīng)過圖中701平均運(yùn)算環(huán)節(jié)，得到電 流信號(hào)為(iLl/Kl+iL2/K2)/2，該信號(hào)作為誤差環(huán)電流給定信號(hào)。而主控制器電流反饋信號(hào) 為主PFC電路的電感電流。如上所述，本實(shí)用新型中，并聯(lián)的各PFC電路可以是相同功率等級(jí)的，也可以是不 同功率等級(jí)的。對(duì)于相同功率等級(jí)的PFC電路并聯(lián)，與PFC電路對(duì)應(yīng)的電流誤差控制環(huán)路也 相同。當(dāng)并聯(lián)的PFC電路功率等級(jí)不同時(shí)，各副PFC電路的電流誤差控制環(huán)路中的采樣環(huán)節(jié) 與差值運(yùn)算環(huán)節(jié)之間需要增加一個(gè)控制單元，通常為比例調(diào)節(jié)器，增益為K。例如主板A功 率為Pa，電流為Ia，副板B功率為Pb，電流為Ib，則比例調(diào)節(jié)器的增益K等于Pa/Pb。另外 的做法為，對(duì)各副PFC的電感電流采樣電路設(shè)置不同的采樣比。例如，主板I功率為PI，電 感電流采樣衰減比為σ i，副板II功率為PII，電感電流采樣衰減比為σ ii，則應(yīng)滿足σ i/ σ ii =ΡΙ/ΡΙΙ。通過以上這兩種變換方法，可以對(duì)不同功率等級(jí)的PFC電路的電感電流進(jìn) 行比較，做差值運(yùn)算和取平均值運(yùn)算等，實(shí)現(xiàn)不同功率等級(jí)的PFC電路并聯(lián)，并且它們的電 流之比等于其功率之比。所述的均流控制部分電路可以同實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正的主控制器共用DSP來實(shí)現(xiàn)， 也可以是獨(dú)立于主控制器的硬件電路。優(yōu)選前者，這樣線路簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。本實(shí)用新型的可實(shí)現(xiàn)PFC均流并聯(lián)的電路與傳統(tǒng)的PFC并板技術(shù)相比，具有以下 優(yōu)點(diǎn)此電路可以實(shí)現(xiàn)多塊功率板并聯(lián)；此電路可以實(shí)現(xiàn)功率等級(jí)不同的PFC板并聯(lián)；此電路可以實(shí)現(xiàn)多塊板共用控制器，控制簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)；此電路與以往的技術(shù)相比，整個(gè)功率板并聯(lián)系統(tǒng)的響應(yīng)速度快，調(diào)節(jié)能力強(qiáng)；此電路設(shè)計(jì)較為靈活，如主控制器的電流環(huán)反饋輸入可以采用主板電流，也可以 采用所有功率板的平均電流。以上參照附圖說明了本實(shí)用新型的各種優(yōu)選實(shí)施例，但是只要不背離本實(shí)用新型 的實(shí)質(zhì)和范圍，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)其進(jìn)行各種形式上的修改和變更，都屬于本實(shí)用 新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求一種可實(shí)現(xiàn)PFC均流并聯(lián)的電路，其特征在于包括以下部分至少兩個(gè)并聯(lián)的PFC電路；采樣電路，其包括輸入市電電壓采樣電路、輸出直流電壓采樣電路和各PFC的電感電流采樣電路；用于實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正的主控制器電路；均流控制電路，其包含多個(gè)電流誤差控制電路，所述每個(gè)PFC電路都對(duì)應(yīng)一個(gè)所述的電流誤差控制電路，每個(gè)所述誤差控制電路包括運(yùn)算環(huán)節(jié)、控制環(huán)節(jié)和占空比調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)。
2.如權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)PFC電路均流并聯(lián)的電路，其特征在于所述的各PFC電 路的輸入是并聯(lián)的，輸出也是并聯(lián)的
3.如權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)PFC電路均流并聯(lián)的電路，其特征在于所述的主控制 器電路為數(shù)字信號(hào)處理器。
4.如權(quán)利要求2所述的可實(shí)現(xiàn)PFC電路均流并聯(lián)的電路，其特征在于并聯(lián)的所述各 PFC電路是相同功率等級(jí)，且與所述各PFC電路對(duì)應(yīng)的所述各電流誤差控制環(huán)路也相同。
5.如權(quán)利要求2所述的可實(shí)現(xiàn)PFC電路均流并聯(lián)的電路，其特征在于所述并聯(lián)的PFC 電路功率等級(jí)不同，且各PFC電路的電流誤差控制環(huán)路中的所述采樣環(huán)節(jié)與所述差值運(yùn)算 環(huán)節(jié)之間進(jìn)一步包括一控制單元。
專利摘要一種可實(shí)現(xiàn)PFC均流并聯(lián)的電路，該電路包括至少兩個(gè)并聯(lián)的PFC電路、采樣電路、主控制器電路和均流控制電路。其中，采樣電路包括輸入市電電壓采樣電路，輸出直流電壓采樣電路和各PFC的電感電流采樣電路。主控制器電路用于實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正。均流控制電路包括多個(gè)電流誤差控制電路，所述每個(gè)PFC電路都對(duì)應(yīng)一個(gè)所述的電流誤差控制電路，每個(gè)所述誤差控制電路包括運(yùn)算環(huán)節(jié)，控制環(huán)節(jié)和占空比調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)。本實(shí)用新型的PFC并聯(lián)均流控制電路具有控制電路簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，成本較低，響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02M3/158GK201754560SQ200920272839
公開日2011年3月2日 申請(qǐng)日期2009年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月17日
發(fā)明者吳仕福, 宋振剛, 楊俊杰, 程洋 申請(qǐng)人:聯(lián)正電子(深圳)有限公司