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功率因数校正(简称PFC)技术是电力电子技术的重要组成部分,并已经在越来越多的领域得到应用。上世纪九十年代以来,PFC控制技术越来越多的引起人们的关注。许多控制策略运用于PFC电路中,如平均电流控制、峰值电流控制、滞环控制等。
为实现闭环控制所设计的数字信号处理器(简称DSP)已广泛应用于电机控制、UPS等领域。与传统的模拟控制方案相比,数字控制具有许多特有的优点,随着数字控制技术的不断发展,越来越多的控制策略通过DSP得以实现。因此,数字控制对传统的模拟控制提出了新的挑战。
本文总结了PFC数字控制领域各种已有的控制算法和采样算法,并分析其各自的优点与不足,在平均电流模式控制的有源功率因数校正技术的基础上,设计了一种控制电路基于数字信号处理器、主电路采用Boost变换器拓扑结构的数字控制单相功率因数校正器,用数字电路代替传统的模拟电路来实现对整个回路的控制,最终使得校正器具有输入功率因数接近于1、低电流谐波及高转换效率的特性。
PFC系统的控制电路采用电流环和电压环组成的双闭环结构,控制算法采用传统的PI算法,并在原有基础上加以改进,电流环中引入了占空比前馈环节,实现了输入端阻抗更加接近纯阻性。文中对PFC电路的小信号模型进行了研究,并建立了系统的简化小信号模型,在此基础上,以系统的动态特性和稳定性为设计指标,具体给出了双闭环系统中PI调节参数的设计方法。采样算法的选用上,考虑到开关开通和断开时刻的高频噪声干扰,使用交替边沿采样的采样算法,从而避免了将采样点选在开关开通或断开时刻,较好的抑制了高频噪声对系统性能的影响。
在理论分析的基础上,进行了系统软件的编写。系统软件由主程序和一个中断服务子程序构成,包含初始化模块、PI算法模块、软启动算法模块、采样算法模块等几个可以实现独立功能的模块,这些功能模块通过程序主体的控制连接,实现了一个完整的系统。这种软件系统不仅使程序简洁、易读,而且更便于系统的管理与升级。采用C语言和汇编语言的混合编程方法来实现程序,以达到最佳的利用DSP芯片软硬件资源的目的。
最后通过仿真和实验分析,证明了理论的正确性,并指出该课题今后的研究方向。