固纬电子电力电子教学小课堂 | 第十八讲: PEK-110模块之无桥PFC AC→DC变换器
PTS-系列之PEK-100系列教学 PEK-110模块之无桥PFC AC→DC变换器
写在前面的话
经过前几期对于PTS-800中基本的电路图拓扑结构的学习，我们已经掌握了基本的电路模型。从PEK-100系列开始，在固有电路拓扑基础上开始对电路的控制方式进行学习。本期将针对单相全桥逆变PEK-110的控制方式以及与新能源中光伏发电结合探究最大功率点追踪技术的学习。此外，我们也将逆向设置整流变换器。
PEK-110 单相逆变器
实验原理：
CCM升压式PFC变换器最常见的控制结构如下图所示的双闭环平均电流控制。直流侧输出电压与参考电压进行比较，将误差经过控制器后再与输入电压相乘作为交流侧电感电流的给定电流信号。电感电流信号与给定信号做差经过控制器后获得PWM的电压控制信号（即调制波），调制波与载波比较得到电路开关管的占空比。
交流侧输入电压如下：
根据上图可知：
若电流环可以实现无差跟踪，根据功率平衡：
忽略二次谐波，可知：
根据上式可知，负载电流与电压环输出信号的增益与输入电压平方成正比，由于全球通用电压范围90~264Vac，因此增益将有9倍的变化范围，不利于电压补偿器器的设计。为了改善输入电压变换对电压回路增益的影响可以增加一个电压前馈控制，控制架构图如下：
根据上图可以得到电感电流命令如下：
根据上述推导可知：
负载电流与电压环输出信号的增益为定值，方便电压环的补偿器设置。
电流环设计：
对于外回路控制器产生内回路控制器命令的双回路控制架构，一般内回路带宽要较外回路带宽宽广许多(通常设定4倍以上)，因此控制回路之设计应先设计内回路，在设计外回路控制器时将内回路控制之响应视为理想即可。以下先进行电流内回路之设计，在设计电流误差放大器之前，需先求出从电流误差放大器输出到回授电感电流之小信号模型。
考虑PWM及电流感测增益可得电流回路之小信号模型：
电流回路带宽的限制由PWM控制电压(Vcon)变化率不得大于锯齿波电压变化率决定, Vcon 乃感测之电感电流下降斜率经由Gca反向放大获得:
当输入电压为0时，
因此，
电流回路的最大带宽为：
我们采用type II型控制器。故：
由于：
则：
电压环设计：
在单位功率因数下，单相CCM升压式PFC转换器之输入功率因子可以表式为：
基于有功功率平衡可知，
加入前向控制之后，负载电流的小信号模型为：
考虑到电路中的二次谐波分量，电压外环的带宽需要远小于120Hz以保证输出电流低失真，但是带宽过小电压环的动态响应太差。因此，最佳的带宽一般定在20Hz，使之兼顾电压响应速度与输入电流失真。
选择type II型控制器后可参考电流环设置进行计算参数K、Z与P。
实验效果：
总 结：
并网电流小于直流侧的输入电流是由于负载和变换器存在功率损耗。经过以上对单相并网逆变器的讲解有助于学生进行学习了解双闭环并网控制器的设计流程。固纬电子在电力电子教学方向致力于为老师减少压力，缓解学生的学习压力，因此开创了全新的理论与实践相结合的教学模式，还请各位老师同学进行了解转发。
附：为了提供学生更加丰富的学习资料，本次我们提供了matlab的仿真文件，感兴趣的可以点赞转发，在文章下面留言以及联系方式或邮箱可以免费提供仿真文件。
仿真效果图：
