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

寫在前面的話

經(jīng)過前幾期對于PTS-800中基本的電路圖拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)掌握了基本的電路模型。從PEK-100系列開始，在固有電路拓?fù)浠A(chǔ)上開始對電路的控制方式進行學(xué)習(xí)。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(jié)合探究最大功率點追蹤技術(shù)的學(xué)習(xí)。此外，我們也將逆向設(shè)置整流變換器。

PEK-110 單相逆變器

實驗原理：

CCM升壓式PFC變換器最常見的控制結(jié)構(gòu)如下圖所示的雙閉環(huán)平均電流控制。直流側(cè)輸出電壓與參考電壓進行比較，將誤差經(jīng)過控制器后再與輸入電壓相乘作為交流側(cè)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)過控制器后獲得PWM的電壓控制信號（即調(diào)制波），調(diào)制波與載波比較得到電路開關(guān)管的占空比。

交流側(cè)輸入電壓如下：

根據(jù)上圖可知：

若電流環(huán)可以實現(xiàn)無差跟蹤，根據(jù)功率平衡：

忽略二次諧波，可知：

根據(jù)上式可知，負(fù)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(shè)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電壓前饋控制，控制架構(gòu)圖如下：

根據(jù)上圖可以得到電感電流命令如下：

根據(jù)上述推導(dǎo)可知：

負(fù)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(shè)置。

電流環(huán)設(shè)計：

對于外回路控制器產(chǎn)生內(nèi)回路控制器命令的雙回路控制架構(gòu)，一般內(nèi)回路帶寬要較外回路帶寬寬廣許多(通常設(shè)定4倍以上)，因此控制回路之設(shè)計應(yīng)先設(shè)計內(nèi)回路，在設(shè)計外回路控制器時將內(nèi)回路控制之響應(yīng)視為理想即可。以下先進行電流內(nèi)回路之設(shè)計，在設(shè)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(dāng)輸入電壓為0時，

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(shè)計：

在單位功率因數(shù)下，單相CCM升壓式PFC轉(zhuǎn)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(fù)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(yuǎn)小于120Hz以保證輸出電流低失真，但是帶寬過小電壓環(huán)的動態(tài)響應(yīng)太差。因此，最佳的帶寬一般定在20Hz，使之兼顧電壓響應(yīng)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(shè)置進行計算參數(shù)K、Z與P。

實驗效果：

總　結(jié)：

并網(wǎng)電流小于直流側(cè)的輸入電流是由于負(fù)載和變換器存在功率損耗。經(jīng)過以上對單相并網(wǎng)逆變器的講解有助于學(xué)生進行學(xué)習(xí)了解雙閉環(huán)并網(wǎng)控制器的設(shè)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(xí)壓力，因此開創(chuàng)了全新的理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)模式，還請各位老師同學(xué)進行了解轉(zhuǎn)發(fā)。

附：為了提供學(xué)生更加豐富的學(xué)習(xí)資料，本次我們提供了matlab的仿真文件，感興趣的可以點贊轉(zhuǎn)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：