基于DSP的Boost PFC軟開(kāi)關(guān)變換器研究

摘要：詳細分析了一種新穎的Boost軟開(kāi)關(guān)變換器，在傳統的Boost變換器基礎上加上緩沖元件電感和電容，從而實(shí)現開(kāi)關(guān)管的零電流開(kāi)通和零電壓關(guān)斷。提出了基于DSP的新型控制算法，該算法僅需在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內采樣負載電流和輸入電壓來(lái)計算占空比，實(shí)現功率因數校正(PF C)的目的，控制簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性好。實(shí)驗結果表明，該新型的變換器工作在軟開(kāi)關(guān)模式下，并且實(shí)現輸入側的單位功率因數。
關(guān)鍵詞：變換器；軟開(kāi)關(guān)；功率因數校正

1 引言
在功率開(kāi)關(guān)器件向著(zhù)高頻化、大功率、小型化方向發(fā)展的同時(shí)，也帶來(lái)了更大的開(kāi)關(guān)損耗和嚴重的電磁干擾，因此軟開(kāi)關(guān)技術(shù)便逐步發(fā)展起來(lái)。在大功率應用場(chǎng)合，因具有較高的可靠性、效率和性?xún)r(jià)比，控制簡(jiǎn)單，無(wú)源軟開(kāi)關(guān)比有源軟開(kāi)關(guān)有更好的發(fā)展前景。目前，較為成熟的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)大都集中在Buck和Boost方面。在此介紹了一種新穎的Boost軟開(kāi)關(guān)變換器，由傳統Boost變換器加上由電感電容和二極管組成的無(wú)源無(wú)損緩沖電路構成，其結構簡(jiǎn)單、控制容易，可在較寬負載范圍內實(shí)現軟開(kāi)關(guān)，并能有效降低電路開(kāi)關(guān)損耗。
目前，應用DSP有許多優(yōu)點(diǎn)，包括較易執行復雜的控制方法，可靈活地修改設計以適應特定用戶(hù)的需要等。DSP廣泛應用于電力電子研究領(lǐng)域，可以在后級電源電路使用數字控制的同時(shí)，直接加入數字控制的前級有源功率因數校正(APFC)電路。在此提出一種基于DSP的PFC實(shí)現方法，詳細分析了其控制過(guò)程，并通過(guò)實(shí)驗驗證了分析的正確性和合理性。

2 Boost無(wú)源無(wú)損軟開(kāi)關(guān)變換器工作過(guò)程
采用無(wú)源無(wú)損緩沖電路的Boost軟開(kāi)關(guān)變換器如圖1所示。

它由傳統Boost電路(功率開(kāi)關(guān)管VS、主電感Lf、整流二極管VD0和穩壓電容C0)加無(wú)源無(wú)損緩沖電路(諧振電感Lr、諧振電容Cr1，Cr2及續流二極管VD1～VD3)構成。對輸入電壓信號采用LV25-P型電壓傳感器實(shí)現隔離和檢測，對輸出電流信號采用高頻互感器實(shí)現隔離和檢測，然后通過(guò)電壓、電流調節器及限幅環(huán)節將信號限制在0～3 V之內，最后輸入到DSP的A／D轉換單元，通過(guò)一種新型控制算法，在DSP中進(jìn)行運算處理，計算出變換器的占空比來(lái)實(shí)現PFC。為便于分析該變換器工作過(guò)程，假設：Lf足夠大，可視作恒流源；C0足夠大，可視作恒壓源：Boost變換器工作在平均電流連續模式。電路工作模式如下：
模式1(t0～t1) VS開(kāi)通，由于Lr作用，流過(guò)VS的電流不能突變，VS為零電流開(kāi)通，主電感電流iLr和開(kāi)關(guān)管電流iVS都線(xiàn)性增加，iVD0減小，Cr2放電、Cr1充電，Cr2與Lr諧振，t1時(shí)刻iVD0減小到零。
模式2(t1～t2) 在這一階段C0給負載供電，Cr2與Lr繼續諧振，Cr2繼續放電，Cr1繼續充電，iLf仍然增加，t2時(shí)刻VD1開(kāi)始導通，并且Cr2兩端電壓uCr2下降到零。
模式3(t2～t3) VD1導通，iVD1不斷增加，is，iLf，iCr1，iCr2都減小，t3時(shí)刻iVD1達到極大值，iCr2減小到零，Cr2兩端反向充電電壓達到極大值。
模式4(t3～t4) Cr2反向放電，t4時(shí)刻iCr2達到負的極大值，iVD2=iCr1=0并保持不變，Cr1充電結束，uCr1達到最大，iLr=iLf，并保持不變，iVS達到最小值。
模式5(t4～t5) 該階段Cr2繼續反向放電，t5時(shí)刻，iVD1=iCr2=0，Cr2反向放電結束，且uCr2=0。
模式6(t5～t6) 該階段VS仍開(kāi)通，Lf繼續充電。此時(shí)iLf=iLr=iVS，t6時(shí)刻關(guān)斷VS。