如何使用諧波注入法降低 PFC 諧波并改善 THD（第 1 部分）

　　作為德州儀器 (TI) 高性能隔離式電源團隊的一名工程師，我主要與通常需要高性能電源的服務(wù)器及電信公司合作。開(kāi)發(fā)高端功率因數校正 (PFC) 設計，不僅需要在特定負載下使總諧波失真 (THD) 低于一定百分比，而且還需要每個(gè)諧波都不超過(guò) IEC 61000-3-2 合規性標準中規定的特定限值。在這篇共分兩部分的博客中，我將介紹用于降低 PFC 諧波和改善 THD 的諧波注入法。

　　表 1，IEC 61000-3-2 諧波限值

　　閉環(huán)調諧通常是一種降低諧波失真、改善 THD 的有效方法。不過(guò)，我看到過(guò)有 PFC 設計通過(guò)了 THD 測試，但無(wú)論工程師如何努力調諧控制環(huán)路，也無(wú)法通過(guò)單個(gè)諧波失真測試。傳統閉環(huán)調諧在這種情況下幫助不大。因此需要使用新的方法來(lái)應對單個(gè)諧波。

　　我看到過(guò)工程師通過(guò)在單開(kāi)關(guān)三相位整流器設計中注入三階電流信號來(lái)降低 THD。這使我想到了一種抑制(補償)高幅值諧波的類(lèi)似方法。這種方法應該很容易使用，不僅不涉及額外的硬件成本，而且還非常靈活，可抑制任何階數的諧波。

　　在 TI UCD3138 等數字電源控制器的幫助下，我開(kāi)發(fā)出了一種簡(jiǎn)單的諧波注入法，其可有效抑制(補償)任意階數的諧波。因此，可降低特定階數的諧波幅值、改善 THD。

　　基本原理是生成一個(gè)特定階數的正弦信號，并將該信號注入 PFC 電流控制環(huán)路。正弦信號的幅值可根據負載和輸入電壓等工作條件進(jìn)行動(dòng)態(tài)調整，從而可最大限度地提高抑制效果。

　　更具體說(shuō)，在數字控制 PFC 中，固件分為兩個(gè)主環(huán)路：針對低優(yōu)先級和低速任務(wù)(例如內務(wù)操作)的后臺環(huán)路;以及針對高優(yōu)先級和時(shí)間緊迫型任務(wù)(例如 PFC 狀態(tài)機)的中斷環(huán)路。

　　按照以下步驟在后臺環(huán)路中實(shí)施該方法：

　　1. 用模數轉換器 (ADC) 在固定速率下測量輸入電壓 (Vac)。通過(guò)檢查 ADC 測量值找到 Vac 零點(diǎn)交叉。算出兩個(gè)連續零點(diǎn)交叉過(guò)程中 ADC 樣片的數量，用以計算 Vac 頻率。該頻率是基本頻率。

　　2. 在 UCD3138 的 ROM 中有一個(gè)正弦表。表中有 256 個(gè)條目對應于正弦波的一個(gè)周期，每個(gè)條目都是整數。以不同的速度讀取該表，就可獲得不同的正弦信號頻率。正弦信號的幅值可能是表中條目乘以一個(gè)增益值。

　　3. 以基本頻率為基礎，您將生成所需的高階正弦信號。例如，如果 PFC 的第三諧波過(guò)高，而我們希望將它降低，就可生成一個(gè)三階正弦信號。如果要抑制一個(gè)階數以上的諧波，就生成相同階數的正弦信號并將其組合在一起。這些正弦信號將作為用于注入的諧波信號。

　　4. 每個(gè)正弦信號的幅值都可進(jìn)行良好調諧。另外，也可根據工作條件(例如負載和輸入電壓)對該幅值進(jìn)行動(dòng)態(tài)調節，以便最大限度提高補償效果。

　　5. 重復上面第一個(gè)步驟。即使 AC 頻率改變了，基本頻率也會(huì )自動(dòng)更新，而且可生成基于該最新基本頻率的最新正弦信號。

　　該過(guò)程演示如下：

　　圖 1：后臺環(huán)路中的諧波注入流程圖

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　　原文請參見(jiàn): http://e2e.ti.com/blogs_/b/powerhouse/archive/2014/05/23/how-to-reduce-pfc-harmonics-and-improve-thd-using-harmonic-injection-part-1.aspx