双向交错CCM图腾柱无桥单相PFC学习仿真与实现（1）系统问题分解

目录

前言

系统硬件架构

系统软件架构

仿真实现

仿真效果

总结

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前言

目前正在做双向交错CCM图腾柱无桥单相PFC的项目，硬件拓扑兼容三相和单相的PFC，三相PFC功能目前已经完成，准备把单相的PFC学习和开发过程记录一下，以及后面可能会踩到的坑，整个开发过程都是基于模型的开发，就是常说的MBD，应用算法层都是Simulink自动代码生成，在学习之前选择一份参考文档是很重要的，这里以Ti的这个文档做参考，把系统细分，一个问题一个问题解决

Design Guide: TIDM-2008/TIDM-1007
Bidirectional Interleaved CCM Totem Pole Bridgeless PFC
Reference Design Using C2000™ MCU

系统硬件架构

Ti的硬件结构是三组并联（三组快管+一组慢管），三组并联

 项目实际的硬件结构为兼容三相PFC，且考虑到先给母线电容充电，选择通过继电器控制充电过程和工作模式（单相或者三相）

当选择单相工作模式时继电器1，5先导通，给母线电容充电 ，然后再闭合2，3。Q1-Q4作为快管，Q5和Q6作为慢管

 且由于三相PFC是对三个电感电流进行采样，为了兼容，单相PFC需要对ab两个电感电流进行采样，控制上就需要两个电感电流，这样也可以实现均流控制。

系统软件架构

根据系统硬件结构可以在Simulink里面搭建硬件仿真电路，再设计系统软件，在实现仿真就要知道发波时序：

 如果是两组并联的话PWM相位差180度，三组就是120度，这里我们使用的是相位差180度的PWM发波方式。

系统软件框图：

 框图上，是对交流总电流进行采样控制，用到了SOGI锁相环，Notch Filter, 过零点软启动

 从框图可以看出，要实现整个仿真系统并在实际电路上实现需要解决以下问题：

1. PWM发波时序逻辑

实际硬件需要相位差180度

2. SOGI锁相环

通过锁相环得到电压相位，并进行正负周期和过零点判断

3. 电流内环

4. 电压外环

Notch Filter由于输出的Bus电压有一个100Hz的公频波动，会影响到电压环的工作，需要用陷波滤波器对其进行抑制，刚刚好之前有用过：

Simulink 窄带陷波滤波器（Notch filter)仿真到代码生成_simulink 陷波滤波器_卡洛斯伊的博客-优快云博客

5. 过零点软启动

避免由于功率管体二极管反向恢复造成的尖峰电流

6. 系统状态机

负责状态切换，如预充电，故障管理，状态反馈等

仿真实现

仿真系统如下：

包含了硬件系统，控制指令，PWM发波，控制系统，其中控制系统包含了状态机，电压电流环，锁相环，过零判断等

根据实际需求构建系统电路：

硬件拓扑如下：

包含了继电器开关，充电限流电阻，电感模型包含等效串联电阻，输出滤波电容也包含了ESR，负载采用可变电阻实现仿真时模拟负载变化。

仿真效果

快管和慢管仿真效果，交流电压和电流波形如下：

  

 通过总电流进行控制（模拟电感1和2参数不同），效果如下：

 均流控制前：

 均流控制的话就可以看到L1和L2电流完全重合在一起了（仿真的电感L1和L2感值和阻值是不一样的），通过采用均流控制两者电流完全重合了。这里也是模拟了实际硬件电路电感之前是存在误差的，不可能百分之百一样，采用均流控制的话电感L1,L2电流一样。

均流控制后：

 电流很理想是因为Simulink的功率器件是理想的，实际中在过零点的时候会出现二极管反向恢复产生的电流尖峰，这时候就需要软启动了

 启动电压波形：

预充电--->电压缓慢上升--->到达目标电压

黄色是输入参考电压，蓝色是输出Bus电压

在送入电压环之前对Bus电压做了一个Notch filter，不然电压环容易震荡

 

 启动电流波形：

总结

大体把一些功能实现了，后面再对细节部分进行总结，后续添加了SOGI_PLL.

双向交错CCM图腾柱无桥单相PFC学习仿真与实现（2）SOGI_PLL学习仿真总结_卡洛斯伊的博客-优快云博客