一种新型DSP的PFC数字开关电源研究

论文摘要

减小电力电子装置尤其是传统的AC/DC整流器对电网的谐波污染,提高装置的功率因数,日益受到国内外学者的密切关注。伴随着数字控制技术的不断发展,越来越多的PFC控制策略通过数字信号处理器(DSP)得以实现。数字化控制电源已成为当今开关电源产品设计的潮流。本文在平均电流模式控制的有源功率因数校正技术的基础上,设计了一种主电路采用新型半桥变换器拓扑结构,控制电路基于数字信号处理器(DSP)的单相功率因数校正器。论文首先对新型单相半桥PFC电路的工作原理进行了系统的分析,对电路的小信号数学模型进行了研究,建立了系统的简化平均小信号数学模型。本文中控制策略采用电流环和电压环双闭环控制结构,控制算法采用传统的PI算法。在系统的简化平均小信号数学模型的基础上,本文详细研究了双闭环系统中PI调节器的设计方法,给出了控制系统主要的硬件设计、部分软件设计以及程序流程图。最后,本文采用TI公司生产的TMS320LF2407A型号的DSP作为主控芯片,设计完成了一套平均电流控制的PFC数字化实验装置。最终使得整个系统具有输入功率因数接近于1,低电流纹波以及输出电压稳定的特性。实验结果证实了理论分析的正确性和控制方案的可行性,取得了预期的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 开关电源的历史
• 1.3 开关电源的现状和未来发展趋势
• 1.4 有源功率因数校正技术（PFC）的现状与发展
• 1.5 本课题的研究意义和主要内容
• 第二章 开关电源的原理和拓扑结构
• 2.1 开关电源的原理
• 2.2 开关电源的拓扑结构
• 2.3 开关电源的主电路工作原理
• 2.4 开关电源的主电路数学模型分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 控制电路系统分析
• 3.1 单相半桥PFC电路及控制系统
• 3.2 双闭环控制算法及PI控制算法
• 3.3 电压环设计
• 3.3.1 设计目标
• 3.3.2 电压环功率级的数学模型
• 3.3.3 电压环数学模型的离散化
• 3.4 电流环设计
• 3.4.1 电流环功率级数学模型
• 3.4.2 电流环数学模型的离散化
• 3.4.3 数字PI调节器
• 3.5 PI控制系统仿真
• 3.5.1 主电路模型
• 3.5.2 滤波器和PI调节器
• 3.5.3 仿真结果
• 3.6 本章小结
• 第四章 系统的软硬件设计
• 4.1 引言
• 4.2 系统的硬件设计
• 4.2.1 主电路的设计
• 4.2.2 控制电路的设计
• 4.2.2.1 A/D采样电路
• 4.2.2.2 同步信号获取电路
• 4.3 高频变压器的设计
• 4.3.1 高频变压器的概述
• 4.3.2 高频变压器的设计步骤
• 4.3.2.1 高频变压器设计分析
• 4.3.2.2 变压器线圈绕组的设计
• 4.3.3 变压器的设计
• 4.3.3.1 磁性材料的选择
• 4.3.3.2 磁芯形状
• 4.3.3.3 变压器设计
• 4.3.4 小结
• 4.4 系统的软件设计
• 4.4.1 主程序设计
• 4.4.2 中断程序设计
• 4.4.2.1 A/D转换
• 4.4.2.2 查正弦表程序
• 4.4.2.3 电流环和电压环的PI调节
• 4.5 本章小结
• 第五章 实验结果
• 5.1 单相半桥PFC电路的实验框图和主电路参数
• 5.2 实验结果
• 5.3 本章小结
• 结论
• 致谢
• 在校期间发表论文情况
• 参考文献