论文摘要
减小功率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,功率因数校正(PFC)技术在越来越多的领域得到应用。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。本文首先介绍了基于平均电流控制策略的数字PFC实现方案,给出了电压环、电流环的设计过程,详细介绍了数字控制系统的软硬件设计。MATLAB仿真验证了电路参数设计的正确性,通过TMS320LF2407A DSP实现了开关频率为50KHz的单相PFC电路的数字控制,输入电压在较宽范围内变化时都能获得满意的控制效果,实验结果表明了该数字控制系统是可行的,实现了高功率因数校正。简化控制,降低控制成本,提高开关频率是PFC控制策略发展的方向之一。本文在平均电流方案的基础上,通过改进控制算法实现了一种无电流传感器的占空比直接计算的控制方法。该控制策略将大部分运算工作放在主程序(即多个开关周期)中完成,而在每个中断程序中只需进行电压采样和占空比计算。该控制策略不用采样电感电流,用占空比的直接计算代替了电流内环的计算,MATLAB仿真结果验证了此算法的可行性。由于此算法较少的运算时间需求,通过TMS320LF2407A DSP实现了开关频率为100KHz的单相PFC的数字控制。进一步改进控制算法,本文又实现了一种无电压环计算的PFC控制策略,通过调整电压增益α,使得输入电压波动时输出电压也能保持稳定。当负载变化时,通过检测负载电流来调整控制系数,以稳定输出电压。结合MATLAB仿真分析了电路的控制特性。由于该控制策略算法比较简单,运算量大大减小,利用TMS320LF2407A定点DSP实现了开关频率为150KHz的单相PFC电路的数字控制。当电路开关频率相对较低时,由于控制策略较少的运算时间需求,可以将更多的DSP资源用于后级的DC/DC变换器,用一片DSP芯片同时实现前级输入电流的整形和后级输出电压的调节。