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拓扑与电路 PFC整流 ★ 5.0

基于电荷等效电流混合重构的升压型PFC变换器直流母线电容在线估算

DC-Link Capacitance Online Estimation Based on Current Hybrid Reconstruction by Charge Equivalence for Boost PFC Converters

作者 Desheng Qu · Binxing Li · Gaolin Wang · Baining Fu · Qiwei Wang · Yuan Yuan
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2024年11月
技术分类 拓扑与电路
技术标签 PFC整流
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 直流母线电容 在线估计策略 电流混合重构 宽功率范围 电荷等效
语言:

中文摘要

升压功率因数校正变换器的不同工作模式给在宽功率范围内准确估算直流母线电容带来了挑战。为满足混合导通模式(MCM)和连续导通模式(CCM)的需求,提出了一种基于电荷等效的电流混合重构的直流母线电容在线估算策略。为获取电容电流的二次谐波分量以估算电容,基于电荷等效原理,在一个开关周期内分别建立了CCM和不连续导通模式(DCM)下的电流重构模型。通过分析升压电感内阻分压以及工作模式误判对一个开关周期内电流重构的影响,采用基于误差最小化的混合策略在不同工作模式下重构电容电流。这样,无需额外硬件且不提高采样频率,就可以在宽功率范围内提高直流母线电容的估算精度。最后,在实验平台上验证了所提策略的有效性。

English Abstract

The different operating modes of the boost power factor correction converter pose a challenge to accurately estimate dc-link capacitance across a wide power range. In order to meet the requirement of the mixed conduction mode (MCM) and the continuous conduction mode (CCM), an online estimation strategy of dc-link capacitance based on current hybrid reconstruction by charge equivalence is proposed. For obtaining the second harmonic component of capacitor current to estimate capacitance, the current reconstruction models are established in CCM and discontinuous conduction mode (DCM) within a switching cycle based on charge equivalence. By analyzing the effect of the voltage division of boost inductor internal resistance and the misjudgment of operating mode on the current reconstruction within a switching cycle, the capacitor current is reconstructed in different operating modes by the hybrid strategy based on error minimization. In this way, the estimation accuracy of dc-link capacitance can be improved across a wide power range without additional hardware and increasing sampling frequency. Finally, the effectiveness of the proposed strategy is verified on the experimental platform.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项基于电荷等效电流混合重构的直流母线电容在线估算技术具有重要的应用价值。在光伏逆变器和储能变流器系统中,直流母线电容是核心功率器件,其健康状态直接影响系统可靠性和寿命。该技术针对Boost PFC变换器在宽功率范围内的多模式运行特性,提出了适应混合导通模式(MCM)和连续导通模式(CCM)的在线估算策略,这与阳光电源产品在实际应用中面临的宽工况运行需求高度契合。

该技术的核心价值在于无需增加硬件成本和采样频率即可实现高精度电容状态监测。对于阳光电源的光伏逆变器产品,这意味着可以在不增加BOM成本的前提下,实现预测性维护功能,提前识别电容老化趋势,降低系统故障率。在储能系统应用中,由于充放电工况复杂,电容工作应力大,该技术能够实时监控电容健康度,为系统级智能运维提供数据支撑,这与阳光电源推进的数字化、智能化战略方向一致。

从技术成熟度评估,该方法通过电荷等效原理建立电流重构模型,并采用误差最小化的混合策略处理不同导通模式,理论基础扎实。但在工程化应用中仍需关注几个挑战:一是算法在极端环境温度下的鲁棒性验证;二是与现有控制算法的集成复杂度;三是在多电平拓扑结构中的适用性扩展。

建议阳光电源技术团队深入评估该技术在现有产品平台的移植可行性,特别是在高功率密度逆变器和大容量储能PCS产品线的应用潜力,这将进一步强化公司在系统可靠性和智能化运维方面的竞争优势。