一種數字式Boost PFC實現方法設計

宋　巍（無錫技師學院，江蘇　無錫　214000）

一種數字式Boost PFC實現方法設計

宋巍
（無錫技師學院，江蘇無錫214000）

摘要：本文介紹了PFC的作用及目的，采用平均電流模式控制，設計了以dsPIC30F3010芯片為控制核心的BoostPFC硬件電路結構框圖，并闡述了具體工作原理及過程，并給出PFC數字設計的系統結構圖和傳遞函數結構圖。

關鍵詞：BoostPFC；平均電流模式；傳遞函數

1　引言

PFC（PowerFactorCorrection）即功率因數校正，在大多數AC-DC變換電路中，整流輸出環節通常需要采用容性濾波環節，但由于非線性元件和儲能元件的組合使用，雖然輸入的電壓為正弦波形，但輸入電流變為斷續、短暫的高峰值電流脈沖，當主電源輸出這種類型的電流時，由此產生的電路損耗、總諧波含量和輻射干擾都將顯著增加，PF較低。PFC的目標是使電源的電流負載相當于一個簡單的電阻負載，盡可能減小因電流與電壓的相位差及電流中存在的諧波分量造成的無功功率，提高PF。只要能實現輸入電流波形對輸入電壓波形的跟蹤，即可達到單位PF的目的。

2　電路拓撲結構和控制方案選擇

本文采用Boost變換器拓撲結構實現有源PFC，該方式有如下優點：輸入電流連續，EMI小；有輸入電感，可減少對輸入濾波器的要求，并可防止電網對主電路的高頻瞬態沖擊；輸出電壓大于輸入電壓峰值；開關器件的電壓不超過輸出電壓值且容易驅動功率開關器件，其參考點（源極）電位為0V。為實現數字式控制，采用了dsPIC30F3010主控芯片，它輸出用于控制升壓型轉換器功率開關的驅動脈沖，并由此對直流母線標稱電壓進行控制以使交流線呈現為阻性負載。本文使用的PFC技術為平均電流模式控制，在該模式中，輸出電壓的控制是通過改變電流幅值信號的平均值來實現的。電流信號是通過數字計算整流輸入電壓、電壓誤差補償器輸出和電壓前饋補償器輸出的乘積來獲得的。乘以整流輸入電壓是為了使得電流信號具有與整流輸入電壓相同的波形。電流信號應盡可能地與整流輸入電壓匹配以獲得較高的功率因數。電壓前饋補償器對于保持恒定的輸出功率至關重要，因為它負責對輸入電壓與其標稱值的偏離進行補償。本文設計的硬件電路結構框圖如圖1所示，傳遞函數框圖如圖2所示。虛線框內為dsPIC30F3010控制器部分，系統采用雙閉環結構，內環為電流隨動系統，外環為電壓恒值系統，為了實現控制策略，系統需要檢測最關鍵的三個量值：①輸入整流電壓VAC②輸入電感電流IAC③輸出電容電壓VDC。以上三個瞬時信號在主電路上檢測后經信號調理電路送至控制器的A/D轉換口，為控制器提供實時數據。雙閉環系統主要工作過程如下：由輸出電壓參考信號VDCREF為電壓環提供給定值，該值與直流輸出電壓的采樣值VDC作比較并產生誤差信號VERR，VERR再作為PI調節器的輸入，至此構成了電壓誤差補償器，該補償器輸出電壓VPI，但VPI并不直接作為電流環的給定值，為了使電感電流能夠跟蹤輸入整流電壓以及恒定功率控制，電流環的給定值IACREF應為電壓前饋補償器的輸出值、VPI和VAC三者的乘積。IACREF與電感電流的實時采樣值進行比較后得到電流誤差信號IERR，再經PI調節器輸出開關占空比信號，從而控制PFC電路的開關進行動作。輸入電壓前饋控制的目的是保持由負載確定的輸出功率恒定，而不論輸入電壓如何變化。這一補償器采用全數字實現，其實現過程為：計算輸入電壓的平均值，對該平均值進行平方，并將該結果作為分母得到輸入參考電流送入電流誤差補償器。

結語

本文設計的基于dsPIC30F3010數字信號控制器的Boost型有源PFC實現方法具有一定的優越性，工作在CCM模式能較好實現AC-DC變換，可以獲得較高的功率因數，輸入電流諧波含量較低，輸出電壓可以具有較好的穩定度和平滑度，可以有較好的動態和穩態響應特性。尤其采用數字式控制方式，容易實現系統升級，不易受元件老化和溫漂影響，器件數量少，增加了抗干擾能力。本文旨在闡述原理，并未給出定量計算。

參考文獻

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[3]F.C.Lee.Powerconvertermodeling andcontrol,lecturenotesforECE,5254at VirginiaTech,Spring2003.

圖1　硬件電路結構框圖

圖2　傳遞函數結構圖

中圖分類號：TP17

文獻標識碼：A

作者簡介：宋巍（1981，12—），碩士研究生學歷，畢業于遼寧工程技術大學電力電子與電力傳動專業，現工作于無錫技師學院，擔任電氣自動化、電子專業的教學工作。