Interleaved Parallel CCM Boost PFC Converter Araştırması
0 Önsöz
Çin'in elektrikli araç endüstrisinin hızlı gelişimi, çok sayıda elektrikli araç şarj etme davranışı şebekeye çok fazla harmonik getiriyor. Literatürde Güçlendirme devresi, güç faktörü düzeltmesini (PFC) gerçekleştirmek ve güç şebekesinin harmoniklerini azaltmak için doğrultucu devresinin arka aşaması olarak kullanılır. PFC teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, gerilim katlayıcı PFC, köprüsüz PFC, aralıklı paralel Boost PFC ve benzeri gibi yeni PFC topolojileri sürekli olarak önerilmektedir. Bunların arasında, kademeli paralel Boost PFC sistemi yalnızca paralel sistemin tüm avantajlarına sahip olmakla kalmaz, aynı zamanda giriş akımı dalgalanmasını azaltır ve anahtar borusunun akım gerilimini azaltır. Yüksek güçlü yerlerde, genellikle indüktör akımı sürekli iletim modunda (Devam İletim Modu, CCM) çalışan serpiştirilmiş bir paralel Yükseltme PFC dönüştürücü kullanılır.
Mevcut PFC dönüştürücünün topolojisine dayanarak, aşağıdaki kontrol yöntemleri önerilmiştir: tepe akım kontrolü, ortalama akım kontrolü, tek çevrim kontrolü, vb. Ortalama akım kontrolü, diğer kontrol yöntemlerinden daha iyi dinamik ve statik özelliklere sahiptir.
İkinci olarak, akım paylaşım problemi paralel sistemde de dikkate alınmalıdır.Paralel sistemin iki kolunun akımları dengeli değilse, bir kolun anahtar borusu tarafından taşınan akım gerilimi kaçınılmaz olarak artacak ve bu da anahtar borusunun hasar görme olasılığını artıracaktır.
Ortalama akım kontrol serpiştirilmiş paralel CCM Boost PFC dönüştürücüsündeki iki dalın eşit olmayan akımının neden olduğu artan anahtarlama tüp akım gerilimi sorununu hedefleyen bu makale, düzensiz akım ilkesini analiz eder ve elde etmek için bir görev döngüsü kompanzasyonu akım kontrol stratejisi benimser Paralel iki fazlı Boost devresinin akım paylaşım kontrolü yukarıdaki sorunları çözer.
1 Aralıklı paralel CCM Boost PFC dönüştürücünün çalışma prensibi
Aralıklı paralel CCM Boost PFC dönüştürücünün şematik diyagramı Şekil 1 (a) 'da gösterilmektedir ve sabit durum zamanlama dalga formu Şekil 1 (b)' de gösterilmektedir.
Şekil 1 (b) 'de gösterildiği gibi, serpiştirilmiş paralel CCM Boost PFC dönüştürücü, paralel olarak iki özdeş Boost PFC dönüştürücüsünden oluşur ve Şekil 1 (b)' de gösterildiği gibi, tek bir anahtar tüpü S1 ve S2'nin sürücü sinyalleri 180 ° 'lik bir faz farkına sahiptir. , Anahtarlama tüpü S2'nin tahrik sinyali, anahtarlama tüpü S1 ile karşılaştırıldığında 180 ° gecikir. İndüktör L1 ve indüktör L2 dalının akım dalga biçimleri aynıdır ve faz farkı 180 ° 'dir.Bu nedenle, iki dalın akımları, akım dalgalanmasının bir kısmını ortadan kaldırmak için aralıklı ve paralel bağlanır. , Böylece toplam akımın dalgalanması azaltılır ve frekans ikiye katlanır.
2 Ortalama akım kontrolü serpiştirilmiş paralel CCM Boost PFC dönüştürücü düzensiz akım sorunu
2.1 Tek bir CCM Boost PFC devre akımı izleme analizi
Şekil 2'de tek bir CCM Boost PFC devresi gösterilmektedir.
Şekil 2'de gösterilen devrede, indüktör L sürekli modda çalışır ve görev döngüsü ifadesi şöyledir:
(2), (8) ve (9) denklemlerinin analizi ile birleştirilen ortalama akım kontrol stratejisi ilkesine göre, her anahtarlama döngüsünün farklı bir görev döngüsüne sahip olduğu ve t (n) + d (n) T zamanının t ( N + 1'deki indüktör akımı da farklıdır (giriş voltajı vin (t (n)) ve görev döngüsü d (n) ile değişir), bu nedenle indüktör akımı iyi akım izleme özelliklerine sahiptir.
2.2 Aralıklı paralel CCM Boost PFC devresi düzensiz akım prensibi
Şekil 1'de gösterildiği gibi, paralel olarak serpiştirilmiş Boost PFC devresinde, endüktans L1 ve endüktans L2, L'ye eşittir.
Endüktans L1 için formül (8) ve formül (9) ile elde edilebilir:
(14) ve (15) denklemlerini analiz ederek şunu elde edebiliriz: Şekilde gösterildiği gibi, t (n) + d (n) T ve t (n + 1) zamanlarında endüktans L1 ile endüktans L2 arasında bir akım farkı olacaktır. 3 gösterilmektedir.
Gerçek indüktör akımı iL1 ve iL2, Şekil 4'te gösterildiği gibi verilen giriş akımı iLref'in dalga biçimini izler ve düzensiz akım fenomeni açıktır.
Yukarıdaki analize dayalı olarak, aralıklı kontroldeki anahtar tüpünün iletim gecikmesi, iL2 akımının verilen akımı iyi izlememesine neden olur ve düzensiz akım oluşur.
İndüktör akımı iL2'nin verilen akımı iyi izleyebilmesini sağlamak için, Şekil 1 (a) 'da gösterilen geleneksel ortalama akım kontrolü temelinde bir iyileştirme yapılır ve mevcut paylaşım görevini telafi etmek için geleneksel akım iç döngüsüne görev döngüsü telafi döngüsü eklenir. Karşılaştırıldığında, hem indüktör akımı iL1 hem de indüktör akımı iL2, akım paylaşımı amacına ulaşmak için verilen akımı iyi izleyebilir. Görev döngüsü kompanzasyon kontrol döngüsünü tanıttıktan sonraki kontrol diyagramı Şekil 5'te gösterilmektedir.
3.1 Görev döngüsü kompanzasyon kontrol döngüsü prensibi
Paralel bağlanmış iki modül ile serpiştirilmiş paralel CCM Boost PFC dönüştürücüsünün akım paylaşımını gerçekleştirmek için, sadece iki modülün paralel olarak bağlandığı düşünülmektedir.Bu nedenle, görev döngüsü kompanzasyon kontrol döngüsü tasarlanırken, sadece dallardan birine görev döngüsü kompanzasyon kontrol döngüsünü eklemek gerekir. Bir dalın endüktans akımı, mevcut paylaşım görev döngüsü tarafından telafi edildikten sonra toplam akımın 1 / 2'sine ulaştığında, diğer dalın akımı da toplam akımın 1 / 2'si olmalıdır ve bu iki dal arasında akım paylaşımı hedefine ulaşılmalıdır.
Eşit olmayan akım ilkesinin önceki analizine dayanarak, serpiştirilmiş kontroldeki devreye girme gecikmesi, indüktör akımı iL2'nin verilen akımı iyi izlememesine neden olan küçük bir giriş voltajı artışı vin üretir ve iki dalın akımları bir akım sapması oluşturur. Bu nedenle, akım paylaşım görev döngüsünü ortalama akım kontrolünün mevcut iç döngü çıkışının kontrol görev döngüsüne telafi etmek için akım sapma kaynağı dalının (indüktör L2 dalı) akım döngüsüne bir görev döngüsü kompanzasyon bağlantısı eklenir, böylece indüktör Akım iL2, toplam akımın 1 / 2'sidir, bu nedenle indüktör akımı iL1 aynı zamanda toplam akımın 1 / 2'sidir ve iki kolun akım paylaşımını paralel olarak gerçekleştirir.
3.2 Kompanzasyon bağlantı algoritmasının tasarımı
İndüktör L2'nin dal akımı 1/2 (iLref) verilen değeri ile iL2 gerçek değeri arasındaki actualiL2 farkının, dal akımı 1/2 (iLref) verilen değerine oranına göre, indüktör L2 dalının akım sapma derecesi elde edilir:
Aralıklı paralel CCM Boost PFC dönüştürücüsünün DC giriş voltajı vin'i, doğrultucu köprünün çıkış voltajının sinüs yarı dalgasıdır ve aralığı sıfır ile tepe voltajı vpk arasındadır. Vin sıfıra yakın olduğunda, kontrol görev döngüsü en büyüktür ve vin tepe değer olduğunda , Kontrol görev döngüsü en küçüktür. Bu nedenle, görev döngüsü kompanzasyon kontrol döngüsünde, kompanzasyon için kullanılabilecek maksimum akım paylaşım görev döngüsü, maksimum kontrol görev döngüsüdür:
4 Simülasyon doğrulama
MATLAB / Simulink simülasyon yazılımına dayalı olarak, görev döngüsü kompanzasyon akım kontrol stratejisini kullanan serpiştirilmiş paralel CCM Boost PFC dönüştürücü simüle edilir. Ana devre parametreleri şunlardır: şebeke gerilimi 220 V, 50 Hz; çıkış gerilimi vo = 400 V; endüktans L1 = L2 = 800 H; kapasitans C = 400 F; anahtarlama frekansı 50 kHz; kompanzasyon için kullanılabilen akım paylaşım görev döngüsü Maksimum değer, kontrol görev döngüsünün maksimum değeridir: 0,78.
İki kontrol stratejisi altında, indüktör akımı, toplam giriş akımı dalga formu ve anahtarlama tüpü akımı dalga formu sırasıyla Şekil 6 ve Şekil 7'de gösterilmektedir.
Simülasyon sonuçları, geleneksel ortalama akım kontrolü ile karşılaştırıldığında, görev döngüsü kompanzasyonlu akım kontrolünün daha iyi bir akım paylaşım etkisine sahip olduğunu ve anahtar borusunun akım geriliminin önemli ölçüde azaldığını göstermektedir.
5. Sonuç
Serpiştirme kontrolünün neden olduğu iki paralel Boost dalının dengesiz akım akışı nedeniyle, bu makale geleneksel ortalama akım kontrol stratejisini geliştirir Ortalama akım kontrolünü analiz ederek, serpiştirilmiş paralel CCM Boost PFC dönüştürücü kullanılır ve görev döngüsü kompanzasyon akım kontrolü benimsenir. Strateji, görev döngüsü kompanzasyon kontrol döngüsünü ekleyerek, mevcut paylaşım görev döngüsünün ortalama akım tarafından kontrol edilen mevcut iç döngünün çıkış görev döngüsünü telafi etmesine izin verin ve kompanzasyon ilkesini ve algoritmasını analiz edin ve son olarak simülasyon doğrulaması gerçekleştirin. Bu makaledeki analiz, görev döngüsü kompanzasyon akım kontrolüne sahip serpiştirilmiş paralel CCM Boost PFC dönüştürücünün yalnızca geleneksel ortalama akım kontrol stratejisinin tüm avantajlarına sahip olmadığını, aynı zamanda iki paralel Boost dalının mevcut paylaşımını gerçekleştirdiğini ve düzensiz akımın neden olduğu bazı sorunları önlediğini göstermektedir. Bir dal değiştirme borusu üzerindeki aşırı akım gerilimi sorunu.
Referanslar
Zhou Heliang.Çin'deki elektrikli araçların gelişme durumu ve yapımı.Çin Makine ve Elektrik Endüstrisi, 2001, 19 (3): 19-22.
Gao Ciwei, Zhang Liang.Elektrikli araç şarjının elektrik şebekesi üzerindeki etkisine genel bakış. Güç Sistemi Teknolojisi, 2011, 35 (2): 127-131.
PRESSMAN A I. Anahtarlama Güç Kaynağı Tasarımı. Wang Zhiqiang, ve diğerleri, tercüme, Pekin: Elektronik Endüstrisi Yayınevi, 2013.
Wang Dong, Zhao Yi, Shi Jianjiang, ve diğerleri Anahtarlamalı kapasitörler ile izole serpiştirilmiş paralel Yükseltici dönüştürücü Çin Elektrik Mühendisliği Bildirileri, 2009, 29 (21): 14-20.
LU B, BROWN R, SOLDANO M. Tek çevrim kontrol tekniği kullanarak Bridgeless PFC uygulaması Twentieth Annual IEEE, 2005, 2: 812-817.
Sun Qiang, Zhao Zilong, Chen Guitao ve diğerleri.CCM tabanlı Boost PFC dönüştürücü üzerine araştırma.Güç Elektroniği Teknolojisi, 2014, 48 (1): 55-57.
Wang Shanshan, Liu Xudan, Hu Changsheng.En yüksek kontrol tasarımı kademeli paralel Boost PFC.Mekanik ve Elektrik Mühendisliği, 2010, 27 (8): 88-90.
Wang Yubin, Li Jiwen, Tian Zhaoguang, vb. Tek döngülü kontrol ve deneysel araştırmaya dayanan yeni bir güç faktörü düzeltme yöntemi, Journal of Electrotechnical Technology, 2007, 22 (2): 137-143.
Gao Yufeng, Hu Xujie, Chen Tao. Anahtarlamalı güç kaynağı modüllerinin paralel akım paylaşım sistemi üzerine araştırma Güç Kaynağı Teknolojisi, 2011, 35 (2): 210-212.
Wang Shanshan Kademeli Paralel Güçlendirme PFC Dönüştürücüsü Araştırması Hangzhou: Zhejiang Üniversitesi, 2010.
Wang Yuanqing, Li Hongmei.Elektrikli araç yerleşik şarj cihazı için PFC AC / DC dönüştürücü tasarımı.Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2015, 41 (2): 152-155.
yazar bilgileri:
Liu Xinrui1, Lin Jingli1, Guo Xiaoying2, Zhang Yufeng1, Wan Min3, Cao Taiqiang1
(1. Elektrik ve Elektronik Bilgi Okulu, Xihua Üniversitesi, Chengdu 610039, Sichuan;
2. Elektrik Enformasyon Mühendisliği Okulu, Panzhihua Üniversitesi, Panzhihua, Sichuan 617000; 3. Fen Fakültesi, Xihua Üniversitesi, Chengdu, Sichuan 610039)
