BRPI0921346B1 - Método de controle de um ciclo para correção de fator de potência - Google Patents
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Abstract
método de controle de um ciclo para correção de fator de potência um método de controle de um ciclo para correção de fator de potência baseado em um circuito intensificador e um chip de controle principal de sistema compreende as etapas de: (1) determinar se o arranque suave finaliza ou não; se o arranque suave finaliza, processar a etapa (2) diretamente, se não, aumentar o valor de referência uref de voltagem de saída e então processar a etapa (2); (2) ler a amostragem de voltagem de saída uo e a amostragem de corrente induzida ig de acordo com o instante de disparo de amostragem a/d; (3) calcular a razão de trabalho de sinal pwm para excitar o transistor de comutador; (4) produzir o sinal pwm; (5) calcular o instante de disparo de amostragem a/d seguinte de acordo com a razão de trabalho de sinal pwm; (6) retornar à etapa (2). a presente invenção pode implementar a função de correção de fator de potência pela integração do software do método no chip de controle principal do sistema existente e cooperação com o circuito intensificador simples, sem usar o circuito tradicional para a correção de fator de potência e o específico chip de controle de um ciclo para pfc, que reduz o custo do sistema. também a presente invenção assegura a amostragem de dados corretos e verdadeiros, e a estável operação de sistema, pelo processamento simples da amostragem de instante de disparo.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para: “MÉTODO DE CONTROLE DE UM CICLO PARA CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA”.
DESCRIÇÃO
CAMPO TÉCNICO
A presente invenção se refere a técnicas de fornecimento de potência, mais particularmente, a um método de controle de um ciclo para correção de fator de potência baseado em um circuito intensificador.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
Um circuito de Correção de Fator de Potência (PFC) é usado para reduzir a corrente harmônica de entrada. No entanto, o circuito de PFC tradicional tem técnicas e desenho complicados, e contagem alta de componentes, que o torna grande em tamanho e alto em custo. Assim, o desenho do circuito de PFC com freqüência faz uma conciliação entre desempenho e custo.
Nos últimos anos, os estudos do método de controle de um ciclo para PFC foca em como simplificar a estrutura do circuito de controle tradicional para PFC, de modo a evitar a amostragem da voltagem de entrada e eliminar o complicado multiplicador análogo. Enquanto o circuito de controle de um ciclo para PFC resolve estes problemas muito bem. Até o momento, os chips de controle de um ciclo para PFC foram desenvolvidos e aplicados, tal como o circuito integrado de conversor de intensificador de PFC em modo de condução contínuo de controle de um ciclo com comutador de potência e conversor intensificador revelado na patente chinesa No. 200380109048.6. Embora chips de controle de um ciclo para PFC sejam simples e confiáveis, o custo de uso é alto demais.
É conhecido que muitos sistemas são controlados pelos chips de controle principal tal como DSP. DSP e outros chips de controle principal têm capacidade potente de integração de software, compatibilidade e processamento de sinal, assim será um aumento de custo e um desperdício de recursos assim como se um chip de controle de um ciclo para PFC específico é adicionalmente aplicado em tal sistema. Por exemplo, as técnicas de correção de fator de potência são aplicadas amplamente aos fornecimentos de potência de compressor no campo de condicionador de ar, e um chip de controle principal tem sido integrado na placa de controle principal do compressor, assim é necessário desenvolver técnicas correspondentes para evitar usar chips de controle de um ciclo específicos de alto custo para PFC.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
A presente invenção tem por objetivo proporcionar um método de controle de um cicio para correção de fator de potência, que pode ser integrado no chip de controle principal de sistema por software, de modo a realizar o controle de uma estratégia de ciclo eficientemente cooperando com um circuito intensificador simples.
2/6
A presente invenção é levada a cabo pelo seguinte esquema técnico:
Um método de controle de um ciclo para correção de fator de potência é baseado em um circuito intensificador e um chip de controle principal de sistema. O circuito intensificador compreende uma entrada de CA, um circuito retificador, um indutor, diodos de recuperação rápida, um capacitor, uma saída de CC, um circuito de amostragem de corrente induzida, um circuito de amostragem de voltagem de saída, um transistor de comutador e um circuito excitador do transistor de comutador. O método de controle de um ciclo para correção de fator de potência compreende as etapas como segue:
(1) Determinar se o arranque suave finaliza ou não; se o arranque suave finaliza, processar a etapa (2) diretamente, se não, aumentar o valor de referência Uref de voltagem de saída e então processar a etapa (2);
(2) Ler a amostragem de tensão de barramento e a amostragem de corrente induzida lg de acordo com o instante de disparo de amostragem A/D;
(3) Calcular como segue a razão de trabalho de sinal PWM para excitar o transistor de comutador:
Calcular Mi e de acordo com Equação de «1(0 = ig(nT}Rs Um(nT)
0<t<T 0<T<t u
em que s e uma resistência de detecção de corrente equivalente, m é uma saída de um regulador de PI pela regulação da diferença entre o valor de referência ^ref da tensão de barramento de saída e a amostragem de tensão de barramento ; obtendo a razão de trabalho de sinal PWM ;
(4) Produzir o sinal PWM de acordo com a razão de trabalho de PWM;
(5) Calcular o seguinte instante de disparo de amostragem A/D de acordo com a razão de trabalho de sinal PWM;
(6) Retornar à etapa (2).
As vantagens da presente invenção sobre a técnica anterior são como segue: a função de correção de fator de potência pode ser implementada pela integração do software do método no chip de controle principal (DSP, por exemplo,) de sistema e cooperação com o circuito intensificador simples, sem o uso do circuito tradicional para correção de fator de potência e o chip de controle de um ciclo específico para PFC, o que reduz o custo do sistema; mais especialmente, a presente invenção evita a amostragem ao redor do instante
3/6 de comutação pelo cálculo da amostragem de instante de disparo, que assegura a amostragem de dados corretos e verdadeiros, assegura ainda o efeito ótimo de sinais de controle de PWM e a estável operação de sistema.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
A Fig. 1 é uma vista esquemática que ilustra um sistema de controle de um ciclo para Correção de Fator de Potência baseado no circuito intensificador;
A Fig. 2 é um fluxograma que ilustra o método de controle de um ciclo para Correção de Fator de Potência de acordo com a presente invenção;
A Fig. 3 ilustra formas de onda de sinais , uz, Um e sinal de controle de PWM envolvido no método de controle de um ciclo para correção de fator de potência de acordo com a presente invenção;
A Fig. 4 é um fluxograma que ilustra a primeira maneira para calcular a razão de trabalho do sinal de controle de PWM;
A Fig. 5 é um fluxograma que ilustra a segunda maneira para calcular a razão de trabalho do sinal de controle de PWM;
A Fig.6 ilustra um diagrama de blocos para calcular o instante de disparo de amostragem A/D.
DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS
Como mostrado na Fig. 1, o método de acordo com a presente invenção é baseado no circuito intensificador e o chip de controle principal de sistema. O circuito intensificador é um circuito habitual que compreende uma entrada de CA, um circuito retificador, um indutor, diodos intensificadores, um capacitor, uma saída de CC, um circuito de amostragem de corrente induzida, um circuito de amostragem de tensão de barramento, um transistor de comutador (IBGT ou MOSFET) e um circuito excitador do transistor de comutador. A parte delineada em uma estrutura tracejada é um módulo de controle que corresponde ao método da presente invenção, que é integrado no chip de controle principal.
O princípio do método de controle de um ciclo para PFC será descrito com referência à Fig.1. O controle de um ciclo para PFC tem por objetivo conseguir a corrente induzida após a onda da voltagem retificada de entrada Ug e assegurar que a voltagem de , U saída 0 seja estabilizada no valor dado. Se a corrente induzida é proporcional à voltagem de entrada e tem a mesma fase como a voltagem de entrada sob o controle do módulo de controle, o conversor completo pode ser equivalente como um resistor, e então ug = RAg
7? z
Em que e é a resistência equivalente do conversor de PFC, g é um valor instantâneo da corrente induzida e Ug é um valor instantâneo da voltagem retificada de onda
4/6 u
semi-sinusoidal de entrada. Em um ciclo, a relação da voltagem de entrada g, a voltagem de saída e a razão de trabalho de ativação d do transistor de comutador do conversor intensificador de PFC é como segue:
= ¢2)
A Eq.2 pode ser escrita como Rdg~U0(l d) Rs definido como uma resistência de detecção de corrente equivalente do conversor intensificador de PFC e então Eq. 2 pode ser escrita como:
Rsig=U0^(l-d) (3)
RÍg = umd
Se então a Eq.3 pode ser simplificada como:
(4)
Em que d-1-d θ a razão de trabalho de desativação para o transistor de comutador. Se a razão de trabalho de desativação d satisfaz a Eq.4, então a corrente induzida lg pode seguir a voltagem retificada de onda semi-sinusoidal de entrada Ug. Deixar T ser o ciclo de comutação do conversor intensificador de PFC e discretizar a Eq.4. Quando a freqüência portadora supera bastante a freqüência da voltagem de entrada induzida, a corrente induzida e a voltagem de regulação se mantêm na maioria das vezes constantes ^(t) = ig(t)R=ig(nT)Rs em um ciclo de comutação.
< t <T 0<τ <t (5)
O Um na Eq.5 é diferente em ciclo de comutação diferente, assim é difícil de obter o resultado com o chip de controle principal de sistema. Pela razão que Um e lg se mantêm constante em um ciclo de comutação, a Eq.5 é modificada como segue:
«1(0 = um(nT)
0<t<T 0<r<í (6) uAl) é gerado por um contador de DSP. Se mi(0<«2(0i então o transistor de comutador se ativa, ou de outro modo o transistor de comutador se desativa.
O programa de controle específico do método de controle de um ciclo para PFC da presente invenção será descrito a seguir. Como mostrado na Fig. 2, o programa de controle
5/6 compreende as etapas como segue:
1. Determinar se o arranque suave finaliza ou não; se o arranque suave finaliza, processar a etapa 1 diretamente; se não, aumentar o valor de referência U'ef da voltagem de saída (em particular aumentar a voltagem dada ientamente como mostrado na Fig. 2) e então processar a etapa 2;
2. Ler amostragem de tensão de barramento 0 e amostragem de corrente induzida lg de acordo com instante de disparo de amostragem A/D;
3. Calcular como segue a razão de trabalho de sinal PWM para excitar o transistor de comutador:
calcular Mi e “2 de acordo com a Eq.6, em que “2 é gerado por um contador do n chip de controle principal de sistema tal como DSP, s é a resistência de detecção de corrente equivalente, Um é uma saída de um regulador de PI pela regulação da diferença
U entre o valor de referência re! da tensão de barramento de saída e a amostragem de tensão de barramento ; e obter a razão de trabalho de sinal PWM;
4. Produzir o sinal PWM de acordo com a razão de trabalho de PWM;
5. Calcular o seguinte instante de disparo de amostragem A/D de acordo com a razão de trabalho de sinal PWM;
6. Retornar à etapa 2.
Como mostrado na Fig. 3, a curva 1 representa o sinal de pulso gerado por comparação de com “2, a curva 2 representa Um , a curva 3 representa e a curva 4 representa Mi. Pode ser visto que, em um ciclo, a PWM produz voltagem de alto nível se é inferior a M2,ou de outro modo a PWM produz voltagem de baixo nível. Assim, o sinal de pulso é gerado periodicamente, o que torna a corrente induzida lg após a onda da voltagem retificada de entrada Ug.
A presente invenção proporciona duas maneiras para calcular a razão de trabalho de sina! PWM. A Eq. 6 ilustra a primeira maneira. A Fig. 4 é um fluxograma que ilustra a primeira maneira para calcular a razão de trabalho do sinal de controle de PWM, em que pr_duty é a razão de trabalho de desativação para o transistor de comutador. Calcular M1 em primeiro lugar e determinar se é superior à razão de trabalho de desativação máxima para o transistor de comutador de 1 ou não. Se U1 é superior a 1, pr_duty é o máximo de 1. Ou de outro modo pr_duty é igual a M> , e então determinar se pr_duty é inferior à razão de
6/6 trabalho de desativação mínima para o transistor de comutador de 0,05 ou não; se pr_duty é inferior ao mínimo, pr_duty é o mínimo de 0,05. A Fig. 5 é um fluxograma que ilustra a segunda maneira para calcular a razão de trabalho, em que p_duty é a razão de trabalho de ativação para o transistor de comutador. Calcular em primeiro lugar e determinar se é inferior à razão de trabalho de ativação mínima para o transistor de comutador de 0 ou não. Se Mi é inferior a 0, p_duty é o mínimo de 0. Ou de outro modo p_duty é igual a 1/1 ; e então determinar se p_duty é superior à razão de trabalho de ativação máxima para o transistor de comutador de 0,95 ou não; se p_duty é superior ao máximo, pr_duty é o máximo de 0,95.
Uma vez que somente uma amostragem é realizada em um ciclo de comutação no método de controle de um ciclo para PFC, deve ser notado que a amostragem de instante de disparo selecionada deve estar longe do instante de comutação pela razão que um pico da corrente induzida será gerado quando o transistor de comutador ativa ou desativa, de outra maneira o sistema será instável. A fim de resolver este problema, a amostragem de instante de disparo é selecionada em um instante intermediário do mais longo tempo de ativação ou tempo de desativação do transistor de comutador.
A Fig. 6 ilustra um diagrama de blocos para calcular o instante de disparo de amostragem A/D, em que pr_duty é a razão de trabalho de desativação para o transistor de comutador, T3CMPR é um valor de comparação de um registro comparado, T3PER é o período do registro comparado, AD_duty é a razão de trabalho de saída de PWM por um temporizador geral do chip de controle principal de sistema. Em primeiro lugar, determinar o tempo de ativação do transistor de comutador de acordo com a razão de trabalho de sinal PWM para excitar o transistor de comutador. Se o tempo de ativação do transistor de comutador é mais longo que aquele do tempo de desativação, a amostragem de instante de disparo é selecionada em um instante intermediário do tempo de ativação, ou de outro modo a amostragem de instante de disparo é selecionada em um instante intermediário do tempo de desativação. A amostragem de instante de disparo mostrado na Fig. 6 é selecionada logo no instante do meio do tempo correspondente. De fato a amostragem de instante de disparo pode ser selecionada dentro de um período de tempo intermediário. É preferido na presente invenção que a amostragem de instante de disparo seja selecionada entre 50 por cento e 80 por cento do tempo de ativação ou o tempo de desativação do transistor de comutador. O instante de disparo de amostragem A/D obtido disparará a amostragem seguinte A/D.
Claims (4)
1. MÉTODO DE CONTROLE DE UM CICLO PARA CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA, baseado em um circuito intensificador e um chip de controle principal de sistema, o circuito intensificador compreendendo uma entrada de CA, um circuito retificador, um indutor, diodos de recuperação rápida, um capacitor, uma saída de CC, um circuito de amostragem de corrente induzida, um circuito de amostragem de voltagem de saída, um transistor de comutador e um circuito excitador do transistor de comutador; o método de controle caracterizado por compreender as etapas de:
(I) determinar se o arranque suave finaliza ou não; se o arranque suave finaliza, processar a etapa (II) diretamente,
U f se não, aumentar o valor de referência ref de voltagem de saída e então processar a etapa (II);
(II) ler a amostragem de voltagem de saída o e a amostragem de corrente induzida 1 , de acordo com o instante de disparo de amostragem A/D;
(III) calcular como segue a razão de trabalho de sinal PWM para excitar o transistor de comutador:
u calculando 1 e u
2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por calcular a razão de trabalho de sinal PWM para excitar o transistor de comutador na etapa (III) compreender ainda as etapas de:
determinar se 1 e superior a ou igual a razão de trabalho de desativação máxima para o transistor de comutador de 1 ou não; se 1 é superior a ou igual a 1, pr_duty sendo o máximo de 1; ou de outro modo, pr_duty sendo igual a 1 , determinar se pr_duty é inferior à razão de trabalho de desativação mínima para o transistor de comutador de 0,05 ou não, se pr_duty é inferior ao mínimo, pr_duty sendo o mínimo de 0,05; em que pr_duty é a razão de trabalho de desativação para o transistor de comutador.
2/3 comutador de acordo com a razão de trabalho de sinal PWM para excitar o transistor de comutador; se o tempo de ativação do transistor de comutador é mais longo que aquele do tempo de desativação, a amostragem de instante de disparo sendo selecionada entre 50 por cento e 80 por cento do tempo de ativação; ou de outro modo, a amostragem de instante de disparo sendo selecionada entre 50 por cento e 80 por cento do tempo de desativação;
(VI) retornar à etapa (II).
2 de acordo com a Equação de
I (nT)R u1(t) = 7 *
I u (nT)
0<t<T 0<τ<t em que uma resistência de detecção de corrente equivalente, uma saída de um regulador de
PI pela regulação da diferença entre o valor de referência da voltagem de saída amostragem de voltagem de saída obtendo a razão de trabalho de sinal PWM ;
(IV) produzir o sinal PWM;
(V) determinar o tempo de ativação do transistor de
Petição 870190029984, de 28/03/2019, pág. 5/12
3/3 razão de trabalho de ativação para o transistor de comutador.
3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por calcular a razão de trabalho de sinal PWM para excitar o transistor de comutador na etapa (III) compreendendo ainda as etapas de:
determinar se 1 é inferior a ou igual à razão de trabalho de ativação mínima para o transistor de comutador de 0 ou não;
se 1 é inferior a ou igual a 0, p_duty sendo o mínimo de 0; ou de outro modo, p_duty sendo igual a 1, determinar se p_duty é superior à razão de trabalho de ativação máxima para o transistor de comutador de 0,95 ou não, se p_duty é superior ao máximo, pr duty sendo o máximo de 0,95; em que p duty é a
Petição 870190029984, de 28/03/2019, pág. 6/12
4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por 2, na etapa (III), ser gerado por um contador de um chip de controle principal de sistema tal como 5 DSP.
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