辛伊波，高雅利
洛阳工业高等专科学校 471003 洛阳
摘 要：对滞环电流变换器的工作原理进行了讨论，分析了实现稳定运行的特性。提出了储能元件参数的计算方法。
关键词：滞环电流变换器，元件，参数
1 引言
传统的二极管和电容对输入进行整流滤波时，只在输入交流电压的峰值部分才有输入电流，导致输入电流含有很大的谐波分量，严重干扰了电网。为使输入电流谐波满足要求，必须加功率因数校正。滞环控制属于闭环电流跟踪控制方法。滞环电流控制最初用于控制电压型逆变器的交流电流输出，是最简单的电流控制方式。采用滞环控制可以使网侧功率因数为1，且不产生无功和谐波电流。滞环电流控制同时兼有两种功能，（1）作为电流调节器；（2）起PWM调节器的作用，可以获得很宽的电流频宽。滞环控制无需外加调制信号，检测的变量是电感电流，控制电路设有一个滞环逻辑控制器LD，其特性和继电器特性类似，有一电流滞环带。滞环带带宽决定了电流纹波的大小，它可以取固定值，也可以与瞬时平均电流成比例。滞环电流控制的特点是：控制方式简单、动态响应快、具有内在的电流限制能力。电路中储能元件L和C的参数选择，是滞环控制系统设计的一个重要内容，只有正确的计算方法，才能保证系统工作的稳定。本文从滞环电流控制的物理过程出发，分析影响储能元件参数的主要因素，推导有关储能元件参数计算公式。
2 滞环控制过程
在滞环电流控制系统中，外环的作用是为滞环控制单元提供瞬时电流参考信号i，作为滞环逻辑控制器LD输入，通过与实际电感电流反馈信号比较，产生对应的开关驱动脉冲信号。电流的检测通过霍尔电流传感器完成。在Tr导通状态下，电感电流iL近似直线上升，当达到预定的滞环带上限时，LD的输出由负跃变为睚，驱使开关元件关断，导致电感电流开始衰减。类似地，随着电流减至滞环带下限，开关元件又转为导通状态，如此循环，迫使电感电流跟踪参考电流的变化。换言之，即电感电流将限定在以参考电流为中心的滞环带之中，如图1所示。
3 储能元件参数的计算
3.1 输出滤波电容的计算
图2给出滞环电流控制的电路原理。稳压电源达到稳态后，输出电压稳在某一恒定值Uo,当要求纹波为△Uo，直流输出电流为Io时，由于在Tr导通期间全部负载都由输出滤波电容C供电，因此C值的选择取决于下式：
对于给定的输出电压Uo，纹波电压△U，输出电流Io等指标，在确定了输入电压Ui和工作频率f后，就能计算出滤波电容C的值。
3.2 储能电感的计算
在tON期间，Tr导通，C供给负载的电流为-Io,而在tOFF期间，Tr截止，电感L中的感应电势是右端为正，二极管D导通，电感储存的磁能经二极管D，一部分供给负载电流Io，另一部分补充在tON期间电容C给负载供电所损失的电荷Q=CUo。在tON期间，C上的电压下降△U(-)=IotON/C,而在期间，C上电压上升值为：
在tOFF期间流入C的实际电流是电感电流和负载电流之间的差值。
电感电流包括直流平均值及纹波分量。忽略电路内部损耗，有UiIi=UoIo，其中，Ii是取自电源Ui的平均电流，也是流入电感的平均电流IL，故有：
由于电流的纹波分量是三角波，在tON期间，L上的电压为Ui，电流增量为△I(+)=UitON/L,在tOFF期间，L上的电压极性反向，电流线形下降，电流减量为△I(-)=(Uo-Ud)tOFF/L，在稳态时，tON期间L中电流增量应等于tOFF期间电流的减量，即△I(+)=△I(-)。
选择△I值，使电感的峰值电流（Ii+△IL/2）不大于最大平均直流电流的40%，这样可以防止电感饱和，也减少了L中的峰值电流、电压和损耗。
忽略电路内部损耗,有UoIo=UiIi,故有
因此，当给定了输出电压Uo,输出电流Io，输入电压Ui和开关频率f等指标后，就可求出电感值。
4 结论
采用信真软件MATALAB5.3进行原理仿真，其参数为：输入电压Ui=300V,输出电压Uo=400V，开关频率f=100kHz,输出电流I=2A，选择纹波系数γ=0.01%，根据式（3）和式（10），计算出电容C，电感L分别为125μF和0.2mH。实测输入端功率因数为0.987，与理论值有微小差别，其原因是电路损耗及误差的影响。图3是输入电压电流波形图。滞环电流控制具有电路简单，成本低，尤其适用于中、小功率应用。本文提出的计算公式可帮助选取储能元件参数，实验表明该公式计算简单，实用有效。
参考文献
1 孙树扑.电力电子技术.徐州:中国矿业大学出版社,2000
2 叶惠贞,杨兴洲.新颖开关稳压电源.北京:国防工业出版社,2001
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4 许化民等.单极功率因数校正AC/DC变换器综述.电力电子技术,2001(1),56～58
摘自《通信电源技术》
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