固緯電子電力電子教學(xué)小課堂 | 第十八講: PEK-110模塊之無(wú)橋PFC AC→DC變換器

PTS-系列之PEK-100系列教學(xué) PEK-110模塊之無(wú)橋PFC AC→DC變換器

寫(xiě)在前面的話(huà)

經(jīng)過(guò)前幾期對于PTS-800中基本的電路圖拓撲結構的學(xué)習，我們已經(jīng)掌握了基本的電路模型。從PEK-100系列開(kāi)始，在固有電路拓撲基礎上開(kāi)始對電路的控制方式進(jìn)行學(xué)習。本期將針對單相全橋逆變PEK-110的控制方式以及與新能源中光伏發(fā)電結合探究最大功率點(diǎn)追蹤技術(shù)的學(xué)習。此外，我們也將逆向設置整流變換器。

PEK-110 單相逆變器

實(shí)驗原理：

CCM升壓式PFC變換器最常見(jiàn)的控制結構如下圖所示的雙閉環(huán)平均電流控制。直流側輸出電壓與參考電壓進(jìn)行比較，將誤差經(jīng)過(guò)控制器后再與輸入電壓相乘作為交流側電感電流的給定電流信號。電感電流信號與給定信號做差經(jīng)過(guò)控制器后獲得PWM的電壓控制信號（即調制波），調制波與載波比較得到電路開(kāi)關(guān)管的占空比。

交流側輸入電壓如下：

根據上圖可知：

若電流環(huán)可以實(shí)現無(wú)差跟蹤，根據功率平衡：

忽略二次諧波，可知：

根據上式可知，負載電流與電壓環(huán)輸出信號的增益與輸入電壓平方成正比，由于全球通用電壓范圍90~264Vac，因此增益將有9倍的變化范圍，不利于電壓補償器器的設計。為了改善輸入電壓變換對電壓回路增益的影響可以增加一個(gè)電壓前饋控制，控制架構圖如下：

根據上圖可以得到電感電流命令如下：

根據上述推導可知：

負載電流與電壓環(huán)輸出信號的增益為定值，方便電壓環(huán)的補償器設置。

電流環(huán)設計：

對于外回路控制器產(chǎn)生內回路控制器命令的雙回路控制架構，一般內回路帶寬要較外回路帶寬寬廣許多(通常設定4倍以上)，因此控制回路之設計應先設計內回路，在設計外回路控制器時(shí)將內回路控制之響應視為理想即可。以下先進(jìn)行電流內回路之設計，在設計電流誤差放大器之前，需先求出從電流誤差放大器輸出到回授電感電流之小信號模型。

考慮PWM及電流感測增益可得電流回路之小信號模型：

電流回路帶寬的限制由PWM控制電壓(Vcon)變化率不得大于鋸齒波電壓變化率決定, Vcon 乃感測之電感電流下降斜率經(jīng)由Gca反向放大獲得:

當輸入電壓為0時(shí)，

因此，

電流回路的最大帶寬為：

我們采用type II型控制器。故：

由于：

則：

電壓環(huán)設計：

在單位功率因數下，單相CCM升壓式PFC轉換器之輸入功率因子可以表式為：

基于有功功率平衡可知，

加入前向控制之后，負載電流的小信號模型為：

考慮到電路中的二次諧波分量，電壓外環(huán)的帶寬需要遠小于120Hz以保證輸出電流低失真，但是帶寬過(guò)小電壓環(huán)的動(dòng)態(tài)響應太差。因此，最佳的帶寬一般定在20Hz，使之兼顧電壓響應速度與輸入電流失真。

選擇type II型控制器后可參考電流環(huán)設置進(jìn)行計算參數K、Z與P。

實(shí)驗效果：

總　結：

并網(wǎng)電流小于直流側的輸入電流是由于負載和變換器存在功率損耗。經(jīng)過(guò)以上對單相并網(wǎng)逆變器的講解有助于學(xué)生進(jìn)行學(xué)習了解雙閉環(huán)并網(wǎng)控制器的設計流程。固緯電子在電力電子教學(xué)方向致力于為老師減少壓力，緩解學(xué)生的學(xué)習壓力，因此開(kāi)創(chuàng )了全新的理論與實(shí)踐相結合的教學(xué)模式，還請各位老師同學(xué)進(jìn)行了解轉發(fā)。

附：為了提供學(xué)生更加豐富的學(xué)習資料，本次我們提供了matlab的仿真文件，感興趣的可以點(diǎn)贊轉發(fā)，在文章下面留言以及聯(lián)系方式或郵箱可以免費提供仿真文件。

仿真效果圖：