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基于数字控制单相PFC系统的研究 TechnologyandStudy?技术探讨 基于数字控制单}HPFC系统的研究 莫丽琴 (江苏海事职业技术学院电气工程系江苏南京2Il170) 【摘要】功率因数校正技术是抑制电网谐波电流.提高功率因数的有效方法.本文设计了一款基于TMS320LF2407的平均电流控 制型的数字控制单相Boost—PFC控制器,研究了电压电流双闭环数字控制回路的设计方法.除此之外.还在Matlab/Simulink中建 立了该数字控制PFC(PowerFactorCorrection)控制器模型,并对其性能进行了仿真研究. 【关键词】Boost变换器;功率因数校正;平均电流控制:数字控制;仿真 ResearchonPFCSystemwithDigitalControlBasedonDSPMoLi-qin (JiangsuMaritimeInstitute,ElectricalEngineeringFacultyNanjing211170) [Abstract]ThispaperdesignsandigitalcontrolledBoost—PFCconverterwiththemethodofaveragecurrentcontrol,whichisbasedontheDSPof TMS320LF2407A,andspeciallyresearchesthedesignofvoltageclose-loopandcurrentclose—loopwithdigitalcontro1.ThemodelofthisPFCsystemis builtbasedontheMaUab/Simulink,andtheperformanceissimulatedandanalyzed. [Keywords]Boostconverter;PFC;averagecurrentcontrol;digitalcontrol;simulation 1.引言 近年来,谐波电流对电网的污染问题已受到充分的关注.为 了限制负载的谐波电流,许多国家和相关国际组织制定了许多相 关标准和颁布了许多相关法令,以限制电子设备的谐波污染和提 高用电设备的功率因数.这些规定迫使交流输入电源必须采取 措施减小高次谐波含量,提高功率因数.事实上,有源功率因数 校正(APFC)作为一种彻底解决整流电路谐波污染问题的新技 术,已成为电力电子学科的研究方向之一,在越来越多的领域得 到应用. 2.PFC模拟控制与数字控制的比较 传统的PFC技术一般采用由专用的集成控制芯片UC3854 等实现的模拟电路来控制.模拟的PFC电路实现了对信号的 处理,具有很高的带宽,大大提高了功率因数,减小了输入电流谐 波,达到很好的控制效果.然而,专用芯片控制电路本身明显具 有模拟电路所固有的不足:大量的分散元件导致系统的可靠性 下降;元件老化以及热漂移问题导致PFC输出性能下降;难以 实现系统的更新和性能的进一步优化,产品升级换代困难,模拟 系统要升级换代须对控制系统作改动,这离不开对硬件的改进; 只能实现简单的PID控制算法. ? 34?2010.12?WWW. 随着IC技术和现代电力电子技术的迅速发展,以高速数字 信号处理器DSP芯片为核心的数字控制技术已广泛应用于电 力电子技术各领域中,也成为主要发展趋势之一.与模拟控制 PFC想比,数字控制PFC具有以下几个优点: (1)基于DSP的数字控制PFC电路能克服传统模拟控制存 在的参数适用范围小,先进控制不便的问题; (2)电路简单,控制灵活,元器件少,PI控制在芯片内部用软 件实现,系统升级换代方便,可以在线修改控制算法,而不必对硬 件电路做改动; (3)数字控制系统可靠性高,易于标准化;且系统维护方便, 一 致性好;成本低,生产制造方便; (4)数字控制PFC可增加计算环节以便调整并优化系统和 主电路; (5)如果将网络通信和电源软件调试技术相结合,可实现遥 感,遥测,遥调. 本文对比模拟控制的PFC电路的特点,设计了使用 TlVIS320LF2407ADSP数字控制器实现的BoostPFC系统,从 理论上分析了数字控制PFCBoost电路的工作原理和关键技 术,通过建立数学模型,运用MATLAB工具箱对该数字控制的 PFCBoost电路进行了仿真验证.为 5.均电流模式PFC数字控制原理 数字控制PFC一般也通过电流环和电压环这两个控制环 路来实现.电压环通过调节平均输入电流来控制直流总线电压, 电流环控制交流输入电流,使其跟踪输入电压.由DSP完成这 些控制过程,通过DSP的软件来实现电压和电流的调节.图1 为基于TMS320LF2407ADSP数字控制的平均电流模式Boost PFC原理框图. l￡ 4.PI控制器