基于參數共振微擾的 PFC 升壓變換器在車載充電機中的應用

摘要：為減少諧波污染，對于前級功率因數校正系統，采用有源功率因數校正技術（PFC），并針對PFC 功率因數校正升壓變換器存在的電路不穩定問題提出一種動態補償方案。結果表明：該動態補償方案能夠抑制因固定補償帶來的過零死區現象，PFC 升壓變換器的功率因數得到提高，且總諧波失真率降低。

關鍵詞：車載充電機；變換器；功率因數校正；優化補償

0 前言

電動汽車是一種以車載電源為動力、以電機驅動車輪行駛的環境友好型交通工具。由于電動汽車的動力來源是電源，能實現汽車尾氣的零廢氣排放或極低廢氣排放，對環境影響很小。目前，我國針對電動汽車領域不斷進行技術革新，取得了一些成果，但在電力驅動和控制、電池管理系統（BMS）等技術方面還未取得突破性進展［1］，這也成為制約電動汽車發展的因素之一。

車載充電機在充電時直接與電網連接，此時電網會受到一定的諧波污染，為抑制該現象，車載充電機需要具備高功率因數、低諧波、小紋波等性能。目前，通常采用兩級式車載充電機硬件連接方案，前級為功率因數校正（PFC）系統，主電路采用功率因數校正升壓拓撲結構，后級為直流-直流（DCDC）系統，其主電路采用全橋電感-電容-變壓器（LLC）諧振變換電路［2-3］。我國大部分車載充電機功率主要分為3.3 kW 和6.6 kW 2 種，功率因數約為0.98，效率均大于90%，輸出電壓范圍較寬［4］。

本文針對車載充電機前級PFC 電路會對電網產生諧波污染的問題，設計全局優化補償方式，以期提高電路的功率因數，降低總諧波失真率。

1 PFC 技術

升壓變換器是一種輸出功率高的電力電子器件，其電感電流具有連續性，電流波形畸變較小，因而被廣泛應用于升壓電路中。PFC 升壓變換器的輸入電壓為交流電壓，電路產生的不穩定現象比DC-DC 升壓變換器更加復雜［5］。在采用頻閃映射法研究不穩定現象時，出現了過零處分岔現象［6-7］，如何使電路在整個工作區域內穩定，是目前研究的熱點和難點。

在PFC 升壓變換器的穩定性控制方面，峰值電流控制（CCM）是一種常用的控制策略。CCM的暫態閉環響應快，控制電路比較簡單，電流能被快速限制。但在輸入電壓低、參考電流和電感較大等情況下，系統會發生不穩定現象［8-9］。因此，需要在CCM 的基礎上增加額外的擾動補償。通常情況下，采用斜坡補償，在信號過零處增加一個固定斜率的擾動信號，以降低參考值和擴大變換器的穩定工作區域，從而實現升壓變換器的穩定控制［10］。但是，這是一種開環控制方式，其補償強度直接影響系統在達到穩定后的狀態，補償程度選取不合適會導致電流畸變，進而影響系統性能。雷濤等［11-12］對補償電路進行了仿真驗證和實際電路試驗驗證，發現斜坡補償可以有效抑制PFC 升壓變換器的不穩定現象，但由于補償程度不合理等，造成電感電流在過零處發生畸變，出現過零處波形的畸變，系統功率因數降低。由于PFC 升壓變換器的輸入交流電壓具有時變性，為了保證其在整個工頻周期內保持穩定，在輸入交流電過零點附近進行過度補償，則會出現較長的零電流死區，使得輸入電流的波形更加偏離正弦曲線，總諧波嚴重失真，功率因數進一步降低。

3 結論

（1） 對車載充電機的前級PFC 電路進行了研究，針對其產生的諧波污染問題，提出一種動態補償方案。

（2） 動態補償方案解決了傳統固定補償方式中出現的過零處電流斷續問題，對于提高功率因數、降低總諧波失真率及保持全工頻周期的穩定具有一定的作用。

（3） 將動態補償方案應用到車載充電機的前級PFC 電路中，能夠降低車載充電機對電網的諧波污染。

參 考 文 獻

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