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數(shù)字控制PFC動態(tài)策略

CHANBAEK ? 來源:頭條號艾伊電源 ? 作者:頭條號艾伊電源 ? 2023-03-30 14:42 ? 次閱讀

當模塊突加載時,輸入功率來不及變化仍然是原來的功率,因而輸入功率小于輸出功率,從而使得PFC母線電壓下跌。根據(jù)能量守恒可知,

poYBAGQlL1WAEZZdAAA2yQ1P1gU046.jpg

式(1)

式中,Vpfc1和Vpfc0分別為PFC母線電壓在突加載下跌過程的終值和初始值,p等于突加載下跌過程中輸出功率減輸入功率(在此過程中p是不斷變化的),t為突加載下跌的時間(也即從動態(tài)開始到Ipfc達到輸入功率等于輸出功率時的值),C為母線電容

從式(1)可以看出,Vpfc下跌值在Vpfc0一定時,取決于電容C、p和下跌時間t,要想減小Vpfc的下跌值可以增大電容C,或者減小功率p,或者減小下跌時間t。但是,在主電路確定以后電容C是一定的;功率p主要取決于突加載增加的功率,這又取決于實際的應用情況,在設(shè)計時需要考慮最惡劣的情況(即從空載到滿載),這在確定模塊的功率后一般也是一定的;下跌時間t主要取決于環(huán)路控制,是可以通過控制策略來減小的。所以,在突加載情況下,對于改善PFC動態(tài)來說,動態(tài)控制策略實際上就是想辦法加快環(huán)路響應,減小下跌時間t。

舉個例子,設(shè)Vpfc0=405V,電容C=780us,突然從空載加到滿載2000W,那么假如電壓下跌15V到390V的話,時間t應該:

pYYBAGQlL1aAMLE-AAAWQDuYHHE663.jpg

式(2)

PFC控制環(huán)路采用的是電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)組成的雙閉環(huán)結(jié)構(gòu),如圖1所示,下跌時間t可以看成有以下4部分組成:

t = t1 + t2 + t3 + t4 (3)

其中:

t1——從突加載到DSP第一次電壓環(huán)計算的時間,可能從0到DSP電壓環(huán)計算周期時間不等,如果電壓環(huán)是16拍計算一次,那么最大就是177.8us(90kHz計算頻率),如果每拍計算,最大就是11.11us。

t2——Vpfc的采樣和濾波時間,電壓環(huán)中有一個30Hz的電壓濾波器,此濾波器的延時是t2的主要組成部分,由于采樣頻率高于計算頻率,所以采樣時間基本可以不考慮。

t3——表征電壓環(huán)PI參數(shù)的時間,當Kp和Ki越大時,t3就越小。比如說,突加載后期望的電流環(huán)給定為Ipfcref,那么t3就是Vpfc下跌產(chǎn)生的電壓偏差Err通過電壓環(huán)PI參數(shù)累積,使得電流環(huán)給定達到Ipfcref的時間。

t4——電流環(huán)響應時間。

當然,上述時間的定義只是為了更清楚的分析和設(shè)計PFC控制策略,也可以從其他角度來看,實際上也可以將t1 + t2 + t3統(tǒng)稱為電壓環(huán)的響應時間。

從構(gòu)成下跌時間t的幾部分來看,t1取決于電壓環(huán)的計算頻率和動態(tài)的發(fā)生時刻,是不確定的,要減小t1需要提高電壓環(huán)的計算頻率,受限于DSP的時間資源提高計算頻率比較困難,而且t1也較小(16拍最大為177.8us,每拍最大為11.11us),可減少的時間有限,所以設(shè)計PFC動態(tài)控制策略時可以忽略;t4電流環(huán)響應時間,一般電流環(huán)帶寬為2~3kHz,大概估算應該小于200us,想進一步提高帶寬也比較困難,而且t4本身也較小,再怎么提高帶寬時間減少也很小,所以一般也不太考慮;剩下的t2和t3是下跌時間的主要部分,其中t2的30Hz濾波的延時就有十幾ms,所以PFC動態(tài)控制策略主要就是基于減小t2和t3來設(shè)計的。

PFC動態(tài)控制新算法在源跳變或負載跳變時快速的將期望值賦給電流環(huán)給定來改善PFC動態(tài)特性,實際上也是通過減小t2和t3來加快電壓環(huán)改善動態(tài)特性。

PFC電流環(huán)給定為:

poYBAGQlL1aALtyiAAAVC3oVDU4918.jpg

式(4)

式中,

pYYBAGQlL1iAcxxdAAAO6wuS7SY944.jpg

是電壓環(huán)PI調(diào)節(jié)器輸出。

源跳變控制實現(xiàn)

采用原來的動態(tài)控制方案時,在輸入交流電壓跳變時,

不能及時的更新,使得Ipfcset不能及時更新,從而造成輸入功率和輸出功率不平衡,使得Vpfc產(chǎn)生上沖或下跌。只有在Vpfc已上沖或下跌了18V后才進入動態(tài)處理程序,所以Vpfc會有較大的上沖或下跌。

新控制算法實時計算Vac有效值,快速的更新Ipfcset到期望值,從而減小Vpfc的波動。

負載跳變控制實現(xiàn)

采用原來的動態(tài)控制方案時,當發(fā)生負載跳變時,由于電壓環(huán)很慢,不能及時更新

pYYBAGQlL1iAcxxdAAAO6wuS7SY944.jpg

,導致功率不平衡,從而造成Vpfc的上沖或下跌。

采用新算法后,根據(jù)PFC輸出功率迅速更新

pYYBAGQlL1iAcxxdAAAO6wuS7SY944.jpg

到穩(wěn)定值,減少功率不平衡的時間,從而減小Vpfc的上沖或下跌。

poYBAGQlL1mAIJ3oAAGkKJPJXS0867.jpg

舊策略,輸入電壓180---260V跳變,60Hz,滿載(37.5A),Vpfc和Vac

pYYBAGQlL1mAYScgAAGUHVYNd_A565.jpg

新策略,輸入電壓180---260V跳變,60Hz,滿載(37.5A),Vpfc和Vac

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