數(shù)字控制PFC動態(tài)策略

當(dāng)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，

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(dá)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(shí)際的應(yīng)用情況，在設(shè)計(jì)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(shí)際上就是想辦法加快環(huán)路響應(yīng)，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(yīng)該：

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(jì)算的時間，可能從0到DSP電壓環(huán)計(jì)算周期時間不等，如果電壓環(huán)是16拍計(jì)算一次，那么最大就是177.8us（90kHz計(jì)算頻率），如果每拍計(jì)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(jì)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(dāng)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(dá)到Ipfcref的時間。

t4——電流環(huán)響應(yīng)時間。

當(dāng)然，上述時間的定義只是為了更清楚的分析和設(shè)計(jì)PFC控制策略，也可以從其他角度來看，實(shí)際上也可以將t1 + t2 + t3統(tǒng)稱為電壓環(huán)的響應(yīng)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(jì)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(jì)算頻率，受限于DSP的時間資源提高計(jì)算頻率比較困難，而且t1也較?。?6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(jì)PFC動態(tài)控制策略時可以忽略；t4電流環(huán)響應(yīng)時間，一般電流環(huán)帶寬為2～3kHz，大概估算應(yīng)該小于200us，想進(jìn)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(jì)的。

PFC動態(tài)控制新算法在源跳變或負(fù)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(shí)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：

式（4）

式中，

是電壓環(huán)PI調(diào)節(jié)器輸出。

源跳變控制實(shí)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(jìn)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(shí)時計(jì)算Vac有效值，快速的更新Ipfcset到期望值，從而減小Vpfc的波動。

負(fù)載跳變控制實(shí)現(xiàn)

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

，導(dǎo)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

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。

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

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