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用于缩小CrM图腾柱PFC开关频率范围的谐波电流注入控制算法
Harmonic Current Injection Control Algorithm for Narrowing the Switching Frequency Range in CrM Totem-Pole PFC
| 作者 | |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 PFC整流 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 功率因数校正转换器 临界导通模式图腾柱PFC技术 谐波注入技术 控制算法 实验验证 |
语言:
中文摘要
功率因数校正(PFC)变换器在各种应用中得到了广泛使用,因此,开发定制化控制算法对于满足多样化的运行要求至关重要。在临界导通模式图腾柱PFC技术中,将谐波电流引入指令信号是一种提升PFC变换器性能的可行方法。然而,由于外部干扰,这种方法存在超过预定谐波电流注入量的风险。为解决这一问题,本文提出了一种新颖的控制算法,该算法结合了谐波注入技术,能够在存在干扰或负载变化的情况下保持稳定性能。该算法利用傅里叶分析精确计算每个谐波分量,并采用比例 - 积分补偿和前馈校正方法,按照理论预期精确注入谐波电流。通过在350 W图腾柱PFC变换器原型上进行的各种负载条件实验,验证了所提算法的有效性。通过功率分析仪确定的谐波注入指令与实际测量结果的对比显示,控制误差保持在4.5%以内,这表明即使在负载变化的情况下,谐波控制也能有效运行。
English Abstract
Power factor correction (PFC) converters are utilized extensively across various applications, and therefore, developing customized control algorithms is essential to meet the diverse operational requirements. In critical conduction mode totem-pole PFC technology, introducing harmonic currents into a command signal is a viable approach for enhancing the performance of the PFC converter. However, this approach suffers from the risk of exceeding the planned harmonic current injection because of external interference. To overcome this issue, this article introduces a novel control algorithm that incorporates a harmonic injection technique to maintain stable performance despite disturbances or load variations. This algorithm uses Fourier analysis to precisely calculate each harmonic component and employs proportional-integral compensation along with feedforward corrections method to inject harmonic currents accurately in alignment with theoretical expectations. The efficacy of the proposed algorithm is validated through experiments conducted on a 350 W totem-pole PFC converter prototype under various load conditions. A comparison between the harmonic injection commands determined through a power analyzer and the actual measurements revealed that control was maintained within an error margin of 4.5%, demonstrating that harmonic control was effectively operational even under load variations.
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SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项临界导通模式(CrM)图腾柱PFC的谐波电流注入控制技术具有显著的应用价值。该技术通过精确控制谐波注入来优化功率因数校正性能,这与我们在光伏逆变器和储能变流器中对高效率、高功率密度的持续追求高度契合。
技术核心价值体现在三个层面:首先,通过缩窄开关频率范围可有效降低EMI滤波器设计难度,这对我们新一代组串式逆变器的小型化和成本优化具有直接意义;其次,基于傅里叶分析的精确谐波控制配合PI补偿和前馈校正,能够在负载波动时保持稳定性能,这对储能系统在充放电切换、电网扰动等复杂工况下的鲁棒性提升尤为关键;第三,4.5%的控制误差表明该算法具备工程应用可行性。
从技术成熟度评估,该研究仅在350W原型机上验证,距离我们逆变器动辄数十至数百千瓦的功率等级仍有较大差距。功率扩展过程中的热管理、寄生参数影响以及多相交错控制的协同优化都是潜在挑战。此外,图腾柱拓扑对功率器件的双向导通特性要求较高,需要评估与我们现有SiC/GaN器件平台的兼容性。
应用机遇方面,该技术可优先考虑集成到模块化储能PCS和户用光储一体机的AC-DC级联环节,在提升系统效率的同时简化无源器件设计。建议与数字控制团队合作,探索将该算法移植到现有DSP/FPGA平台的可行性,并开展千瓦级以上功率等级的实验验证,评估其在全工况范围内的性能表现和成本效益。