宋　巍（無(wú)錫技師學(xué)院，江蘇　無(wú)錫　214000）

一種數(shù)字式Boost PFC實(shí)現(xiàn)方法設(shè)計(jì)

宋巍
（無(wú)錫技師學(xué)院，江蘇無(wú)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(shè)計(jì)了以dsPIC30F3010芯片為控制核心的BoostPFC硬件電路結(jié)構(gòu)框圖，并闡述了具體工作原理及過(guò)程，并給出PFC數(shù)字設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)圖。

關(guān)鍵詞：BoostPFC；平均電流模式；傳遞函數(shù)

1　引言

PFC（PowerFactorCorrection）即功率因數(shù)校正，在大多數(shù)AC-DC變換電路中，整流輸出環(huán)節(jié)通常需要采用容性濾波環(huán)節(jié)，但由于非線性元件和儲(chǔ)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?yōu)閿嗬m(xù)、短暫的高峰值電流脈沖，當(dāng)主電源輸出這種類型的電流時(shí)，由此產(chǎn)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(biāo)是使電源的電流負(fù)載相當(dāng)于一個(gè)簡(jiǎn)單的電阻負(fù)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(wú)功功率，提高PF。只要能實(shí)現(xiàn)輸入電流波形對(duì)輸入電壓波形的跟蹤，即可達(dá)到單位PF的目的。

2　電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方案選擇

本文采用Boost變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)有源PFC，該方式有如下優(yōu)點(diǎn)：輸入電流連續(xù)，EMI??；有輸入電感，可減少對(duì)輸入濾波器的要求，并可防止電網(wǎng)對(duì)主電路的高頻瞬態(tài)沖擊；輸出電壓大于輸入電壓峰值；開關(guān)器件的電壓不超過(guò)輸出電壓值且容易驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)器件，其參考點(diǎn)（源極）電位為0V。為實(shí)現(xiàn)數(shù)字式控制，采用了dsPIC30F3010主控芯片，它輸出用于控制升壓型轉(zhuǎn)換器功率開關(guān)的驅(qū)動(dòng)脈沖，并由此對(duì)直流母線標(biāo)稱電壓進(jìn)行控制以使交流線呈現(xiàn)為阻性負(fù)載。本文使用的PFC技術(shù)為平均電流模式控制，在該模式中，輸出電壓的控制是通過(guò)改變電流幅值信號(hào)的平均值來(lái)實(shí)現(xiàn)的。電流信號(hào)是通過(guò)數(shù)字計(jì)算整流輸入電壓、電壓誤差補(bǔ)償器輸出和電壓前饋補(bǔ)償器輸出的乘積來(lái)獲得的。乘以整流輸入電壓是為了使得電流信號(hào)具有與整流輸入電壓相同的波形。電流信號(hào)應(yīng)盡可能地與整流輸入電壓匹配以獲得較高的功率因數(shù)。電壓前饋補(bǔ)償器對(duì)于保持恒定的輸出功率至關(guān)重要，因?yàn)樗?fù)責(zé)對(duì)輸入電壓與其標(biāo)稱值的偏離進(jìn)行補(bǔ)償。本文設(shè)計(jì)的硬件電路結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，傳遞函數(shù)框圖如圖2所示。虛線框內(nèi)為dsPIC30F3010控制器部分，系統(tǒng)采用雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)，內(nèi)環(huán)為電流隨動(dòng)系統(tǒng)，外環(huán)為電壓恒值系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)控制策略，系統(tǒng)需要檢測(cè)最關(guān)鍵的三個(gè)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(gè)瞬時(shí)信號(hào)在主電路上檢測(cè)后經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路送至控制器的A/D轉(zhuǎn)換口，為控制器提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。雙閉環(huán)系統(tǒng)主要工作過(guò)程如下：由輸出電壓參考信號(hào)VDCREF為電壓環(huán)提供給定值，該值與直流輸出電壓的采樣值VDC作比較并產(chǎn)生誤差信號(hào)VERR，VERR再作為PI調(diào)節(jié)器的輸入，至此構(gòu)成了電壓誤差補(bǔ)償器，該補(bǔ)償器輸出電壓VPI，但VPI并不直接作為電流環(huán)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(huán)的給定值IACREF應(yīng)為電壓前饋補(bǔ)償器的輸出值、VPI和VAC三者的乘積。IACREF與電感電流的實(shí)時(shí)采樣值進(jìn)行比較后得到電流誤差信號(hào)IERR，再經(jīng)PI調(diào)節(jié)器輸出開關(guān)占空比信號(hào)，從而控制PFC電路的開關(guān)進(jìn)行動(dòng)作。輸入電壓前饋控制的目的是保持由負(fù)載確定的輸出功率恒定，而不論輸入電壓如何變化。這一補(bǔ)償器采用全數(shù)字實(shí)現(xiàn)，其實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：計(jì)算輸入電壓的平均值，對(duì)該平均值進(jìn)行平方，并將該結(jié)果作為分母得到輸入?yún)⒖茧娏魉腿腚娏髡`差補(bǔ)償器。

結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的基于dsPIC30F3010數(shù)字信號(hào)控制器的Boost型有源PFC實(shí)現(xiàn)方法具有一定的優(yōu)越性，工作在CCM模式能較好實(shí)現(xiàn)AC-DC變換，可以獲得較高的功率因數(shù)，輸入電流諧波含量較低，輸出電壓可以具有較好的穩(wěn)定度和平滑度，可以有較好的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性。尤其采用數(shù)字式控制方式，容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)升級(jí)，不易受元件老化和溫漂影響，器件數(shù)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(jì)算。

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圖1　硬件電路結(jié)構(gòu)框圖

圖2　傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)圖

中圖分類號(hào)：TP17

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡(jiǎn)介：宋巍（1981，12—），碩士研究生學(xué)歷，畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)電力電子與電力傳動(dòng)專業(yè)，現(xiàn)工作于無(wú)錫技師學(xué)院，擔(dān)任電氣自動(dòng)化、電子專業(yè)的教學(xué)工作。