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開(kāi)關(guān)電源功率因數校正的DSP實(shí)現

作者: 時(shí)間:2011-02-19 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò ) 收藏

摘要:介紹了用TI公司的TMS320LF2407A實(shí)現開(kāi)關(guān)電源功率因數調整(PFC)的原理,算法以及較為詳細的實(shí)現步驟,最后給出了實(shí)驗結果。

本文引用地址:http://dyxdggzs.com/article/151019.htm

關(guān)鍵詞:數字信號處理器;功率因數校正;開(kāi)關(guān)電源

A DSP Solution for Power Factor Correction of Switching Power Supply

LI Bing, LIN Guo-shu

Abstract:A DSP based solution for power factor correction of switching power supply is introduced.The principle, algorithm and detailed implementation are discussed . At last, experiment results are provided.

Keywords:DSP; Power factor correction(PFC); Switching power supply

 

 

1 引言

隨著(zhù)對高功率因數的變換器的需求不斷增長(cháng),功率因數為1(unity power factor)的電源供給越來(lái)越受到歡迎。在計算機或其它一些設備上,電源要求魯棒性好、可靠、抗干擾能力強。而數字控制正提供了這方面的保障。

和傳統模擬控制器相比,數字控制器具有以下這些優(yōu)點(diǎn):可以實(shí)現非線(xiàn)性的精細的控制算法,減少元器件數量,提高可靠性,不易老化,很小的控制偏差和熱漂移。但同時(shí),數字控制也意味著(zhù)相對較高的費用和一定的控制帶寬限制。過(guò)去,這些不足在很大程度上限制了數字控制在電源方面的應用。而現在,由于高效廉價(jià)的DSP的出現,數字控制不僅在交流驅動(dòng)(ACdrives)和三相變換方面應用越來(lái)越廣泛,而且在DC/DC變換領(lǐng)域也成為一種可行方案。本文將討論DSP在單相開(kāi)關(guān)電源功率因數校正方面的應用。

2 傳統的模擬PFC電路簡(jiǎn)介

模擬PFC電路已經(jīng)有了多年的應用,并且推出了一些商用的IC芯片,例如TI公司的UC3854等。

圖1所示的就是功率因數校正的基本原理。PFC控制電路主要由電壓誤差放大器、電流誤差放大器、乘法器和PWM驅動(dòng)組成??刂频哪繕耸鞘馆斎腚娏骶o跟輸入電壓的變化,并使輸出紋波盡可能地小。為了使輸入電流跟隨輸入電壓變化,控制電路對輸入電壓采樣,采樣信號作為乘法器的一個(gè)輸入;為了保持輸入電壓穩定,輸出電壓經(jīng)分壓、比較和誤差放大后作為乘法器的另一個(gè)輸入,于是乘法器的輸出具有輸入電壓的形狀,且其幅度由輸出電壓控制。乘法器的輸出作為輸入電流的基準信號。采樣輸入電流,和這個(gè)基準比較,經(jīng)誤差放大后輸入PWM比較器,PWM輸出驅動(dòng)波形控制變換器工作。閉環(huán)反饋控制的結果使輸入電流的平均值與輸入電壓成正比,從而達到較高的功率因數。

圖1 功率因數校正原理

PFC變換器的輸出中含有二次諧波的紋波電壓,

|ΔVo(t)|= (1)

這與變換器的拓撲結構和控制方式無(wú)關(guān)。如果要通過(guò)電壓回路消除輸出電壓的紋波,就必然會(huì )損壞輸入電流的波形,從而降低功率因數。而引入模擬濾波電路

的話(huà),又會(huì )引入不良的相位影響,而且由于模擬元件參數離散性大、易老化和熱漂移等因素,很難實(shí)現精確的濾波。所以對于50Hz的工頻輸入,電壓回路的帶寬一般都只選在10~20Hz。

3 數字控制的PFC模型

如圖2所示是Boost電路PFC的數字化模型。該模型的控制原理與前面所述的模擬電路是一致的。區別就是用兩個(gè)數字的比例積分控制器(PI)Ki、Kv代替了原來(lái)的兩個(gè)誤差放大器。另外,在電壓PI的輸出端加了一個(gè)陷波濾波器,濾波頻率為100Hz。與模擬濾波器相比,數字濾波可以很好地減少100Hz的諧波成分,同時(shí)引入的相位影響卻要小得多。

圖2 數字控制的PFC模型

這樣,就可以提高電壓回路的帶寬,繼而提高電路的反應速度。

如圖2所示,三個(gè)信號被采樣,分別是輸出電壓Vo,輸入電流Is,輸入電壓Vi′。其中值得注意的一點(diǎn)是,我們可以編程實(shí)現總是在開(kāi)關(guān)閉合的中間時(shí)間對Is采樣,從而不需要另加低通濾波就可以獲得Is的平均值。

接下來(lái)我們分別建立PI控制器和陷波濾波器的數字模型。PI控制算法的模擬表達式為

V(t)=Kp (2)

對式(2)進(jìn)行離散化處理,得到

V(n)=Kp[e(n)-e(n-1)]+Ki·e(n)+V(n-1) (3)

式中:Kp為比例系數;

Ki=Kp為積分系數,T為采樣周期,Ti為積分時(shí)間常數。

PI系數的整定常常通過(guò)實(shí)驗來(lái)確定,或通過(guò)湊試,或者通過(guò)經(jīng)驗公式來(lái)確定。這方面的內容一般的計算機控制系統類(lèi)的書(shū)上都有介紹。

陷波濾波器的設計可參照公式(4)

(4)


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