基于DSP数字控制的Boost-PFC系统的设计

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基于DSP的数字化单相双BOOST_APFC控制技术研究

基于D SP的数字化单相双BOO ST2A PFC控制技术研究Ξ陈息坤1,2　单鸿涛1　康勇1　陈坚11.华中科技大学2.郑州轻工业学院摘要:提出了一种基于D SP的全数字单相双A PFC系统的控制策略,分析了基于数字控制的A PFC的工作原理,提出了一种新型控制策略。

理论分析和仿真表明,系统具有良好的稳定性和可靠性。

实验结果证明,该系统可以提高输入功率因数,并且可以有效地抑制输入电流谐波。

关键词:有源功率因数校正　谐波抑制　控制技术Research on Con trol Technology of D ig ita l D ouleB OOST-APFC Ba sed onD SPChen X ikun　Shan Hongtao　Kang Yong　Chen J ian Abstract:T h is paper p resents a new contro l technique fo r digital active pow er facto r co rrecti on system based on D SP.O n the basis of analyzing the p rinci p le of active pow er facto r co rrecti on,a novel contro l strategy has been p resented.T he si m ulati on and experi m ental results verify the stability and dependability of the sys2 tem.A s a result,th is schem e can ach ieves excellent characteristics.T he harmonic of line is restrained effective2 ly,and the pow er facto r of line is enhanced.Keywords:active pow er facto r co rrecti on(A PFC)　harmonic restrained　contro l techno logy1　引言单相交流电网经整流获得直流电压是应用极为广泛的一种电力电子变换,这种整流器—电容滤波电路的主要缺点是:输入交流电流i s波形严重畸变,呈脉冲状,直流电压V d只与交流输入电压V s有关而不能调控,脉动很大,且最低次谐波频率为2次谐波,需要很大的滤波器才能得到平稳的直流电压。

基于DSP的DC-DC Boost PFC模块的并联交错控制研究

３０
电工电能新技术
第２３卷
冲的幅度只有输出设定值（３８０Ｖ）的６。７％左右，而且可以很快地恢复到设定输出，降低了对输出滤波电容的耐压值要求。
了电感电流的均衡交错，减小了输入电流高频纹波，降低了输入ＥＭＩ滤波器的差模电感值。本文的并联交错控制模块，满载时功率因数可达到０．９９，直流输出电压也非常平稳。
本文提出的单控制器法与多控制器法相比，不但可以减少计算量，提高采样频率，还可以消除多控
收稿日期：２００４．０２．１０基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０３７７０１４）作者简介：蒋志宏（１９７４－），男，江苏籍，博士生，主攻软开关ＤＧ／ＤＣ变换器、高频数字功率因数校正和计算机电源；
黄立培（１９４７－），男，江苏籍，教授，博导，博士，研究方向为高性能交痪电机控制、。电力电子变流技术。
第２３卷第３期２００４年７月
电工电能新技术Ｅｎｅ唧ＡｄｖａｎｃｅｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＥ１ｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄ
ｖ０１．２３．Ｎｏ．３Ｊｕｌｙ２００４
基于ＤＳＰ的ＤＣ／ＤＣＢｏｏｓｔＰＦＣ模块的并联交错控制研究
蒋志宏１，黄立培１，孙晓东２，郭宇婕２
（１．清华大学，北京１０００８４；２．光宝电子北京电力电子实验室，北京１０００８５）
果证明了该控制方案的可行性，为并联的功率因数校正模块的数字控制提供了一个良好的解决方
案。
关键词：功率因数校正；并联交错；Ｂｏｏｓｔ；数字控制
中图分类号：ＴＭ９１
文献标识码：Ａ
文章编号：１００３。３０７６（２００４）０３．００２７．０４
１引言
目前，电网谐波污染的问题已经引起了人们的广泛注意。为减少因产品电磁干扰造成的危害、保护环境和设备安全，２０００年国家质量技术监督局发布了第一批实施电磁兼容安全认证的产品目录，包括空调、冰箱在内的许多家电产品、电源、照明电器等都必须执行《低压电气及电子设备发出的谐波电流限值》，即ＧＢｌ７６２５．１－１９９８标准（等同于ＩＥＣ６１０００— ３．２：１９９５）。因此，功率因数校正技术（ＰｏｗｅｒＦａｃｔｏｒＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎ，简称ＰＦＣ）日益为人们所关注。ＰＦＣ技术的具体含义是使网侧电流不含谐波，其波形是输入电压波形（通常是正弦波）的完美复制，而且相位相同。在理想情况下，功率因数校正可以使电器设备的负载特性表现为纯电阻特性，其从电网吸收的电流仅为有功电流，这不仅将使损耗和成本降至最小，而且也减小了对其他设备的干扰¨ｊ。

基于DSP的反激式数字开关电源的设计

基于DSP的反激式数字开关电源的设计摘要：开关电源具有体积小、效率高等非常多的优越性，在微型计算机、通讯电源、家用电器等领域中得到了广泛的应用。

采用模拟控制方式的开关电源存在参数温度漂移、抗干扰能力差、可配置性不强等诸多缺点。

随着微电子技术的不断发展，开关电源的数字化研究己成为开关电源的热点。

本文研究与开发了一种基于DSP的反激式数字开关电源，阐述了开关电源的基本原理，应用状态开关平均法建立其大信号模型。

在此基础上，结合设计指标，详细探讨了基本参数的选取原则，如滤波电容、高频变压器、开关应力、吸收电路结构和参数，这是开发出满足用户需求且具备较高性价比产品的重要环节。

在硬件方面，为了保证输出性能优越和隔离要求，应用高精度线性光祸设计了输出电压采样电路;为了系统安全可靠的运行，设计了度检测环节，防止器件过温失效;为了调试和应用的方便，开发了基于LCD 的友好人机接口。

在控制策略方面，为了保证系统的动态性能和鲁棒性，本设计采用模糊PID控制算法，在系统小信号模型的基础上，设计了模糊规则表，利用查表法选取参数，减小了算法的复杂度。

为了克服开关干扰，设计了EMI滤波器，同时对系统抗干扰设计也进行了详细的阐述。

关键词：反激式开关电源 DSP 模糊PIDBased On the DSP Flyback Digital Switching Power Supply DesignAbstract :Switching power supply has the advantages of small volume, high efficiency advantages, in the micro computer, household appliances, communication power supply and other fields have been widely applied in. Analog control mode switching power supply temperature drift, poor anti-interference ability is not strong, can be configured. With the development of microelectronics technology, switching power supply switching power supply digital design has become a research hot spot.In this paper, the research and development of a DSP based flyback digital switching power supply, switching power supply is introduced. The basic principle, application status switch average method to build the large signal model. On this basis, combined with the design target, discussed the basic principle of selecting the parameters, such as the filter capacitor, switch stress, high frequency transformer, absorbing circuit structure and parameter, which is developed to meet user needs and have a high cost-effective products an important part. In the hardware aspect, in order to ensure superior output performance and isolation requirements, application of high precision linear optical woe designed output voltage sampling circuit; in order to safe and reliable operation of system, design of detecting, preventing device over-temperature failure; for the convenience of debugging and application, development of the friendly man-machine interface based on the LCD. In the control strategy, in order to ensure the system dynamic performance and robustness, the design of the fuzzy PID control algorithm, the system small signal model based on fuzzy rule table, design, using look-up table method to select parameters, reduce the complexity of algorithm. In order to overcome the interference of switch, EMI filter is designed, the system anti interference design in detail.Key words:Flyback switching power supply DSP Fuzzy PID目录1绪论 (1)1.1课题的研究背景及意义 (1)1.2开关电源的发展及趋势 (2)1.3开关电源数字化研究现状 (2)1.4本文主要研究内容及章节安排 (3)2开关电源设计的技术基础 (3)2.1开关电源概述 (3)2.1.1开关电源的基本组成 (3)2.2开关电源的模拟控制方法 (4)2.3开关电源的数字控制方法 (7)2.3.1开关电源数字控制的优势 (7)2.3.2开关电源数字控制的实现方式 (7)2.4开关电源的控制算法 (11)2.4.1 PID控制算法 (11)2.4.2控制算法的选择 (14)2.5 TMS320F2812简介 (14)2.6 本章小结 (16)3基于DSP的反激式数字开关电源的总体设计 (17)3.1系统性能指标 (17)3.2系统的硬件设计 (17)3.2.1系统硬件方案设计 (17)3.2.2输出电压检测电路设计 (18)3.2.3电流检测电路 (19)3.2.4驱动电路设计 (20)3.2.5温度检测电路 (21)3.2.6液晶显示模块接口 (21)3.2.7 EMI滤波器 (23)3.2.8抗干扰措施 (25)3.3系统软件设计 (27)3.3.1系统软件设计方案 (27)3.3.2主程序设计 (27)3.3.3 A/D中断子程序 (27)3.3.4辅助功能模块子程序设计 (27)3.3.5系统软件抗干扰措施 (29)3.4本章总结 (30)4结论与展望 (31)4.1结论 (31)4.2展望 (32)参考文献 (33)致谢 (34)1绪论1.1课题的研究背景及意义随着电力电子技术的高速发展，开关电源得到了广泛应用，日新月异的高科技产品也对开关电源提出了更高的要求。

基于Boost变换器的PFC主功率电路设计_王志娟

２００８年２月基于Ｂｏｏｓｔ变换器的ＰＦＣ主功率电路设计王志娟（德州学院机电工程系，山东德州２５３０２３）摘要：本设计选定主功率电路拓扑为Ｂｏｏｓｔ变换器，工作在电感电流连续（ＣＣＭ）模式，根据电源具体技术指标：．输入：单相交流１６５～２６５Ｖ，频率５０Ｈｚ±５％；．输出：ＤＣ４００Ｖ，负载在１０％～１００％间变化时，电压调整率小于５％，输出功率为５ｋＷ，允许过载率５％；．输出满载时，功率因数大于０．９９，效率大于８５％。

在立足解决大功率ＢｏｏｓｔＰＦＣ变换器中存在的问题的基础上，设计主功率电路的各个参数。

关键词：Ｂｏｏｓｔ变换器；ＰＦＣ；主功率电路中图分类号：ＴＮ７１０文献标识码：Ｂ文章编号：１６７３－３１４２（２００８）０２－００３３－０３收稿日期：２００７－０９－３０作者简介：王志娟（１９７６－），女，山东武城人，德州学院机电工程系副教授，硕士研究生，研究方向：电气控制及其自动化。

ＤｅｓｉｇｎｏｆＰＦＣＭａｉｎＰｏｗｅｒＣｉｒｃｕｉｔＢａｓｅｄｏｎＢｏｏｓｔＣｏｎｖｅｒｔｅｒＷＡＮＧＺｈｉ－ｊｕａｎ（ＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ，ＤｅｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄｅｚｈｏｕ２５３０２３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｓｅｌｅｃｔｅｄｆｏｒｔｈｅｍａｉｎｐｏｗｅｒｃｉｒｃｕｉｔｔｏｐｏｌｏｇｙｂｏｏｓｔｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ，ｗｏｒｋｉｎｇｉｎｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｉｎｄｕｃｔｏｒｃｕｒｒｅｎｔｓｍｏｄｅ（ＣＣＭ）．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｓｐｅｃｉｆｉｃｔｅｃｈｎｉｃａｌｉｎｄｉｃａｔｏｒｓｏｆｐｏｗｅｒｓｏｕｒｃｅ：．Ｉｎｐｕｔ：ｓｉｎｇｌｅ－ｐｈａｓｅＡＣ１６５～２６５Ｖ，ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ５０Ｈｚ±５％；．Ｏｕｔｐｕｔ：ＤＣ４００Ｖ，ｌｏａｄ１０％～１００％ｏｆｃｈａｎｇｅ，ｔｈｅｖｏｌｔａｇｅａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｒａｔｅｏｆｌｅｓｓｔｈａｎ５％，ｔｈｅｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒｏｆ５ｋＷ，ａｌｌｏｗｉｎｇａｓｅｔｒａｔｅｏｆ５％；．Ｆｕｌｌｏｕｔｐｕｔ，ｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎ０．９９，ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｓｍｏｒｅｔｈａｎ８５％．ＡｉｍｉｎｇａｔｓｏｌｖｉｎｇｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｉｎｈｉｇｈｐｏｗｅｒｂｏｏｓｔＰＦＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｍａｉｎｐｏｗｅｒｃｉｒｃｕｉｔａｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ｂｏｏｓｔｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ＰＦＣ；ｍａｉｎｐｏｗｅｒｃｉｒｃｕｉｔ农业装备与车辆工程ＡＧＲＩＣＵＬＴＵＲＡＬＥＱＵＩＰＭＥＮＴ＆ＶＥＨＩＣＬＥＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ２００８年第２期（总第１９９期）Ｎｏ．２２００８（Ｔｏｔａｌｌｙ１９９）１主电路参数的选择选择Ｂｏｏｓｔ变换器作为主电路拓扑，主电路结构如图１所示，由ＥＭＩ滤波器、整流桥和Ｂｏｏｓｔ变换器组成。

一种数字式Boost PFC实现方法设计

摘要：本文介绍了ＰＦｃ的作用及目的，采用平均电流模式控制，设计了Ｉ￣ＸｄｓＰＩＣ３ＯＦ３０１０，￣．ｉｆ／为控制核・ｆ￣ＢｏｏｓｔＰ具体工作原理及过程，并给出ＰＦｃ数字设计的系统结构图和传递函数结构图。
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：ｉ工２
信息技术
ＣｈｉｎａＮｅｗＴｅｃｈｎｏｌｏｔｒｉｅｓａｎｄＰｒｏｄｕｃｔｓ
一
种数字式ＢｏｏｓｔＰＦＣ实现方法设计
宋巍（无锡技师学院，江苏无锡２１４０００）
ＰＦＣ（ＰｏｗｅｒＦａｃｔｏｒＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）即
件的组合使用，虽然输入的电压为正弦出电容电压Ｖ。。以上三个波形，但输入电流变为断续、短暂的高瞬时信号在主电路上检测峰值电流脉冲，当主电源输出这种类型后经信号调理电路送至控
关键词：ＢｏｏｓｔＰＦＣ；平均电流模式；传递函数中图分类号：ＴＰ１７文献标识码：Ａ
１引言
系统，外环为电压恒值系
统，为了实现控制策略，功率因数校正，在大多数ＡＣ — ＤＣ变换电系统需要检测最关键的三路中，整流输出环节通常需要采用容性个量值：① 输入整流电压 ② 输入电感电流ＩＡ ③ 输滤波环节，但由于非线性元件和储能元Ｖ

PFC电路与BOOST电路设计实例

• 以后由定频时钟再次开通开关，如此进行周期性变化
• 电感电流的峰值包络线跟踪整流电压Vdc的波形，使输入电流与输入电压同
相位，并接近正弦波
21
PFC控制方法——CCM-Average Current Control
2. 平均电流控制
平均电流控制的原理框图入下
23
PFC控制方法——CCM-Average Current Control
ui
其中，di ima，x 因此 dt To如果输入周期内各开关周期的占空比近似不变时，电感电流的峰值与输入电压成正比。因此，输入电流波形自然跟随输入电压波形，电路不需要电流控制环即可实现PFC功能。
12
基于Boost电路的PFC变换器及其控制方法——DCM
当电感电流达基准下限值时，开关管导通，电感电流上升，当电感电流达基准上限值时，开关管关断，电感电流下降
电流滞环宽度决定了电流纹波大小.开关频率由环宽
决定（变频）
i
imax
iL
imin
Ug
t
27
PFC控制方法——CCM-Hysteretic Current Control
优点
电流环带宽高具有很强且具有很强的鲁棒性和快速动态响应能力电流跟踪误差小硬件实现容易。
P视在
Vrms I rms
I rms
功率因数校正的任务
正弦化，使电流失真因数 1 同相位，使相移因数 cos＝1
4
功率因素校正（PFC）
功率因素校正PFC是十几年电源技术进步的重大领域，它的基本原理是：
是电源输入电流实现正弦波，正弦化就是要使其谐波为
零，电流失真因数 1
保证电流相位与输入电压保持同相位，两波形同相位，

PFC电路与BOOST电路设计实例解析

15
基于Boost电路的PFC变换器及其控制方法——CCM
CCM
电感电流连续时可以选择多种控制方法，如：峰值电流控制、滞环电流控制、平均电流控制和单周期控制等，适用于大功率场合，开关频率可以恒定（如平均电流控制等（定频）），也可以变化（如滞环控制（变频））。
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基于Boost电路的PFC变换器及其控制方法-总结
（2）平均电流控制：优点是电流环有较高的增益带宽、跟踪误差小、瞬态特性较好、THD(<5%)和EMI小、对噪声不敏感、开关频率固定、适用于大功率应用场合，其缺点是参考电流与实际电流的误差随着占空比的变化而变化，从而可能会产生低次电流谐波。
（3）滞环电流控制：优点是电流环带宽高，具有很强且具有很强的鲁棒性和快速动态响应能力，电流跟踪误差小，硬件实现容易。其缺点负载大小对开关频率影响较大，不利于设计输出滤波器的优化设计。
在输入或输出跳变时，单周期控制可以在一个开关周期实现控制目标，较大提高系统的动态性能
进而扩展到各种应用场合，如功率因数校正、有源滤波、整流器等
29
PFC控制方法——CCM-One Cycle Control
单周期控制的基本思想是在每个开关周期内令开关变量的平均值与控制参考量相等或成比例
CCM
常用的有电流峰值控制法、电流滞环控制法或平均电流控制法，可以定频，也可以变频，高功率因素，要用到乘法器，控制相对复杂，成本高。适用于大功率场合。
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基于Boost电路的PFC变换器及其控制方法——CCM
概述
通常情况下，电感电流连续时的控制电路都需要有一个模拟乘法器和电流检测环路，与输出电压的反馈信号一起调制功率开关管的控制信号，其中模拟乘法器的精度将影响PF值和输入电流谐波含量THD。示意图图下，

基于DSP控制的PFC变换器的新颖采样算法

基于DSP控制的PFC变换器的新颖采样算法
摘要：为DSP控制的功率因数校正（PFC）变换器提出了一种新颖的采样算法，它能够很好地消除PFC电路中高频开关动作产生的振荡对数字采样的影响。尤其是当开关频率高于30kHz时，所提出的新颖采样算法能够更好地提高开关抗噪声性能。最后将此算法运用到一台2kW的PFC变换器中，实验结果证明了该算法对于分析、设计和调试所有含开关的数字采样电路均有实用参考价值。引言数字信号处理器(DSP)已经被广泛应用于通信，智能控制，运动控制等许多领域中。由于具有处理速度快、灵活、精确、可靠等特点，DSP已逐渐取代了传统的模拟控制，例如开关电源中的DC/DC变换器，PFC变换器，以及高频脉宽调制(PWM)逆变器等[1][2]。而在这些应用中，为了消除高频噪声的影响，也同时为了增加功率密度，通常要求开关频率保持在20kHz以上。如不考虑采样保持时间和模/数转换，一般的DSP芯片都能够在此频率以上工作。但这些应用场合又必须对模拟电压和电流进行采样，才能保证反馈控制的有效性。本文在传统PFC变换器控制电路的基础上，提出了一种采用DSP作为PFC的控制电路的方法，并详细分析了在平均电流模式控制下传统的单周期单采样（SSOP）的方法，最后提出了能够大大改善开关抗噪声性能的新颖采样算法。 1 基于DSP的PFC控制策略原理图1所示为PFC变换器的系统框图和DSP控制。为了获得高功率因数，采用了升压拓扑结构。乘法器是图中的关键部件，其输入信号为电压环路中电压补偿器EA1的输出电压信号和整流电压>|Vin|信号，其输出作为控制开关管的基准，与反映电感电流IL的信号进行比较，从而控制开关管的通断时间。因此，变换器必须同时对输入电流Iin，输入电压Vin和输出电压Vout采样。为了实现PFC变换器的数字控制，要求转移函数为离散表达式。为方便起见，这里首先采用拉普拉斯变换。根据图1（a），电压补偿器EA1的连续转移函数可表示为G1(s)=(Vref－Vp)/(Vv－sam－Vref)=K1＋K2/s （1）式中：K1=Rvf/Rvi；K2=1/RviCvf。考虑到第一级采样和保持效果，将式（1）变成式（2），即G1′(s)=[(1-e -TS)/s(Gs(s))]=[(1-e -TS)/s][K1+(K2/s)] （2）式中：T为开关周期。从而得到转移函数的离散表达式如式（3）所示。ΔVo(k)=ΔVo(k－1)＋K1ΔVI(k)＋ (TK2－K1)ΔVI(k－1) （3）式中：ΔVo(k)=Vref－Vp(k)； ΔVI(k)=Vv－sam(k)－Vref； k为采样序列数。从式（3）中可以清楚地看出，电压环路中电压补偿器EA1的输出电压在当前的采样周期是由它前一时刻的值和Vv－sam共同决定的，其关系式如式（4）所示。Vp(k)=Vp(k－1)－K1Vv－sam(k)－ (TK2－K1)Vv－sam(k－1)＋TK2Vref （4）同样，电流环中的补偿器EA2的转移函数也可由图1（a）得到式中：K3=RczCcz； K4=RciCcz。因此，转移函数的离散表达式为图1(b)是PFC变换器的DSP控制阶段。该阶段对3个主要电量：感应电流整流输入电压|Vin|和输出电压Vout进行采样。这些值经过采样后再被转换成数字量，参与DSP随后的计算过程。与开关频率比较而言，这3个信号中的两个电压信号就成了主要的低频信号了。这里要求感应电流最好能被瞬时地反馈，这一点在模拟控制器中是很容易实现的，而在数字信号处理中由于采样速率的限制和A/D转换使得很难满足这一要求。在实际的采样算法中，采样信号用来计算以后周期的脉冲宽度。 2 单周期单采样方法的缺陷对于一个数控的PFC来说，单周期单采样（SSOP）使控制器相对模拟PFC而言对噪声更加敏感。由于开关噪声与电流传感器有关并受其影响，在开关点上经常会出现高频振荡，而且振荡将持续在一个相当长的周期内（），这些噪声将影响系统的正常工作。最好的解决方法就是通过调整采样点避开此采样区间，即不固定点采样算法。另一方面，可采用DSP芯片来限制采样速率和A/D转换。基于上述分析，SSOP采样方法看似完美，但采用这种采样算法后又会带来新的问题，即如何在每一次开关循环中都确定一个固定的采样点，上面所提到的条件又如何在任何时间都能得到满足。在采用了SSOP方法的PFC应用中，输入电流必须跟随正弦输入电压，且输出电压必须始终为常数。占空比D从接近于1减小到最小值Dmin，而正弦交流电压相应地从零变化到峰值。如果Dmin太小的话，就不能满足SSOP算法的要求。最小占空比由式(7)给出。通常，对于一个通用输入电压的PFC变换器来说，一般将其输出电压设计在385V左右。输入电压若为110V，Dmin可以满足要求，但若为220V，Dmin就只能达到0.12～0.22，假定主电压的变化范围为10％，则Dmin将变得更低。由于D在每一个周期内从Dmin变化到1，因此，如果采样过程能够在开关导通时间内结束的话，就可能避开开关噪声的干扰。所以，功率转换开关S的导通时间便成了提高DSP控制PFC变换器开关频率的主要限制因素。 3 采样算法原理由于DSP本身具有很强的运算能力，所以，它能够通过一种新颖的采样算法来消除SSOP算法的缺陷。假定电路工作在固定频率fs（=1/T）下，开关噪声振荡保持周期为τosc，采样周期为τsam。为保证开关的抗噪声性能，必须满足以下要求： 1）在开关转换后的τosc间隔时间内不能进行采样；2）在采样的τsam间隔时间内不能进行开关转换，因为任何扰动都有可能引起采样结果发生错误。针对以上两个条件，对采样时刻D1T和D2T定义如下：D1T=τosc （8）D2T=2τosc＋τsam （9）由式（8）及式（9）可知，一旦确定τosc和τsam后，D1T和D2T的值也就确定了。此时，就可以在控制器中应用Z域的稳定性分析。经计算可得最大开关频率为 fs=1/(D2T+τsam) （10）本周期时间脉冲宽度DT是利用上一周期所获得采样值经计算得到的，再根据DT是否大于τosc＋τsam来确定采样时间是否合适。如果DT>τosc＋τsam，，D1T便是合适的采样点；如果DT<τosc＋τsam，则iL(D2T)被采样，但不能直接用iL(D2T)来计算脉宽，因为，在iL（D1T）和iL（D2T）之间存在着一定的误差(此误差可通过电流补偿环路中的积分算法来消除)。因此，必须先从iL(D2T)中求出iL(D1T)的值。这又需要考虑两种情况，分别。1）DT 在此条件下，采样点D1T和D2T分别位于开关S的导通时间和截止时间，，此时可得到式（12）及式（13）。 iL(DT)－iL(D1T)=|Vin|/L(D－D1)T （12） iL(DT)－iL(D2T)=[Vin]/L(D2－D)T （13）由式（12）及式（13）又可以得到 ΔiL2=iL(D1T)－iL(D2T) =Vout/L(D2-D)T-|Vin|/L(D2－D1)T （14）图4给出了上述转换过程的流程。通过该流程得到的值与通过SSOP方法所得到的值相等，并且它的采样数据不再受开关噪声的影响。 4 实验结果将此算法运用到一台2kW的PFC变换器中，为了提高效率并减少噪声，选择开关频率为33kHz，采用DSPTMS320F240作为控制芯片，其最大采样保持时间τsam约为1μs。开关转换后的每一个振荡周期τosc约为6μs。再根据式（8）及式（9），采样点D1T和D2T分别选在6μs和13μs处，输入和输出电压分别为交流220～240V和直流400V。图5所示为在3种不同采样模式下的感应电流波形。图6为输入电压和输入电流波形图。经测量，输入电流的总谐波失真为6.4％，功率因数为0.98。 5 结语本文提出了一种DSP控制的PFC的新颖的采样算法，它节省了大量的系统资源，这些节省的系统资源又可以用来控制DC/DC或DC/AC变换器。该方案使整个系统仅用一片DSP芯片来控制，从而大大降低了硬件的成本。本文的方法和结论对于分析、设计和调试所有含开关的数字采样电路均有实用参考价值。

BOOST PFC设计

参考文献 (References) :
图 11 并联交错 PFC 模块的开关电压应力 Fig. 11 Switch voltage2stress
of paralleling and interleaving PFC module
图 11 给出并联交错 PFC 模块从满载到轻载跃变时的开关电压应力测试波形 ,这种状态下开关管的电压应力最高。图 11 可以看出 ,与单个 PFC 模块的工作情况一样 ,开关管电压 Uds 的最高值是设定的输出电压值与过冲值之和 ,即只有 410V 左右。本文所选用开关管的额定电压值为 600V ,满足电压应力的要求。
采用本文提出的并联交错控制方法进行了实验研究 ,实现了三个模块的并联交错控制 ,取得了良好的均流性能和较小的输入电流纹波 ,有效地降低了输入 EMI 滤波器的差模电感 ,同时 ,满载时功率因数可达到 0199 ,直流输出电压也非常平稳。图 5～图 11 给出了实验结果和各分量波形。
图 5 给出了三个并联模块的电感电流的采样波
Fig. 10 Dynamic performance
of paralleling and interleaving PFC module
的瞬态特性波形。可以看出 ,输出负载突变时 ,各个模块有很好的均流性能 ,同时 ,输出电压的降落或过
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图 6 和 7 所示的是三个模块相互错开 120°的 PWM 开关驱动波形、三个并联模块的输入总电流和各个电感电流的波形 ,可以看出电感电流的交错非常均衡 ,输入总电流的高频纹波很小。图 8 所示的是单个模块的电感电流波形 ,带有较大的高频纹波。图 9 给出网侧的输入电压、电流和输出电压波形。从图 8 和图 9 的单个模块电感电流波形和总的输入电流波形比较可知 ,交错技术降低了输入电流的高频纹波 ,因此 EMI 滤波器的差模电感值就可以取得很小 ,提高了功率密度的同时 ,也降低了成本。从图 6～图 9 可以看出 ,该控制方案中输入电流波形非常光滑。

基于DSP控制的开关电源PFC电路的研究

基于DSP控制的开关电源PFC电路的研究开关电源是一种将交流电转换为直流电的电源装置，其在电子产品中得到了广泛应用。

然而，开关电源在工作时产生的高频噪声和谐波会对其他电子设备产生干扰，同时也会对电网造成污染。

为了提高开关电源的效率和功率因素，减少对电网的污染，研究人员开始探索基于DSP控制的开关电源PFC（功率因素校正）电路。

DSP（数字信号处理器）是一种能够对信号进行实时处理的高性能处理器。

在开关电源中，DSP可以通过监测输入电压和电流的波形，实时计算出功率因素的值，并控制开关管的通断，从而实现对开关电源输出电流的调整。

通过使用DSP控制，开关电源能够有效地校正功率因素，提高电源的效率。

在开关电源PFC电路的研究中，研究人员首先需要设计合适的电路拓扑结构。

常见的拓扑结构包括单桥、双桥和三桥等。

然后，他们需要选择合适的功率因素校正控制算法。

DSP控制算法可以根据电源的输入电流和电压波形来调整开关管的通断时间，从而实现功率因素的校正。

此外，研究人员还需要选择合适的开关管和滤波电路，以确保电源的稳定性和可靠性。

通过基于DSP控制的开关电源PFC电路的研究，可以实现以下优势。

首先，电源的功率因素可以得到有效校正，从而提高了电源的效率，减少了能量的浪费。

其次，通过减少谐波和噪声的产生，可以降低对其他电子设备的干扰，提高整个系统的可靠性。

最后，基于DSP控制的开关电源PFC电路具有较高的灵活性和可调性，可以根据不同的应用需求进行调整和优化。

综上所述，基于DSP控制的开关电源PFC电路的研究具有重要的意义。

通过优化电路拓扑结构、选择合适的功率因素校正控制算法和器件，可以实现高效、稳定、可靠的开关电源系统。

这些研究成果将进一步推动开关电源技术的发展，促进电子产品的智能化和能源的可持续利用。

本科毕业设计(论文)(Boost型功率因数校正电路及其控制系统设计)

本科毕业设计（论文）（Boost型功率因数校正电路及其控制系统设计）（王志彬）燕山大学2010年6 月本科毕业设计（论文）（Boost型功率因数校正电路及其控制系统设计）学院（系）：电气工程学院专业：应用电子学生姓名：王志彬学号： 050103030194指导教师：漆汉宏答辩日期： 2010-6-25燕山大学毕业设计（论文）任务书注：表题黑体小三号字，内容五号字，行距18磅。

（此行文字阅后删除）摘要近几十年来，由于大功率电力电子装置的广泛使用，使公用电网受到谐波电流和谐波电压的污染日益严重，功率因数低，电能利用率低。

为了抑制电网的谐波，提高功率因数，人们通常采用无功补偿﹑有源﹑无源滤波器等对电网环境进行改善。

近年来，功率因数校正技术作为抑制谐波电流，提高功率因数的行之有效的方法，备受人们关注。

功率因数校正(简称PFC)技术是电力电子技术的重要组成部分，并已经在越来越多的领域得到应用。

上世纪九十年代以来，PFC控制技术越来越多的引起人们的关注。

许多控制策略运用于PFC电路中，如平均电流控制﹑峰值电流控制﹑滞环控制等。

本文在参阅国内为大量文献的基础上，综合了近年来国内外功率因数校正的发展状况，简要分析了无源功率因数与有源功率因数的优﹑缺点，并详细分析了有源功率因数校正的基本原理和控制方法，选择BOOST变换器为主电路拓扑，采用平均电流控制的UC3854A控制器。

本文功率因数校正电路的设计，使电路的功率因数得到了明显改善，达到了设计要求，同时电路的总谐波畸变因数控制在了一定的范围，减少了对电网的污染。

根据参数，基于PAPICE环境下对功率因数前后的电路进行了仿真。

关键词功率因数校正 BOOST变换器平均电流控制仿真AbstractThe harmonic for voltage and current,lower power factor and lower power efficiency of public power system is serious increasingly because of much big power electronic equipment in resent ually,reactive compensation,filters for active of power system.But the power factor correction technique is research because it is an effective method to control harmonic and improve power factor by recent years.Nowadays PFC(Power Factor Correction)inverters that are being used in many filds play an important role in the life.It is used in many applications.During the last decade, there has being a large interest in PFC.Many control methods are explored,including average control, peak current control,hysteretic control,etc. The development for power factor correction both here and abroad in recent years is summarized and the good and bad characteristics for reactive and active power factor correction is analyzed briefly and the basic principle and control methods of active power factor correction is analyzed detailed after read a mass of literatures both here and abroad.The main BOOST converter and UC3854 controller is designed and elements of main and control circuit.The power factor of circuit is improved obviously and satisfied design require after power factor correction and the total harmonic distortion for current is controlled in a band,so the harmonic for voltage and current is reduced.The cicuit was simulated based on MATLAB according to these parameters and correctness of the design is proved firstly after used compare simulation waves.Keywords PFC（power factor correction）BOOST converter Average current control Simulation目录摘要 (I)Abstract ................................................................................................................ I I 第1章绪论.. (1)1.1课题背景 (1)1.2谐波电流对电网的危害 (2)1.3研究的主要内容 (3)第2章功率因数校正 (4)2.1功率因数 (4)2.1.1 功率因数的定义 (4)2.1.2功率因数校正的基本原理 (6)2.2功率因数校正的一般方法 (7)2.2.1无源功率因数校正 (7)2.2.2有源功率因数校正 (8)2.3功率因数校正技术的发展趋势 (10)2.3.1 APFC控制电路硬件的发展趋势 (10)2.3.2两级PFC技术的现状和发展趋势 (11)2.3.3单级PFC技术的现状和发展 (11)2.3.4三相PFC技术的发展 (12)2.4本章小结 (12)第3章单项功率因数校正技术 (13)3.1B OOST型PFC电路的构成及特点 (13)3.1.1Boost型PFC电路的构成 (13)3.1.2 Boost型PFC的特点 (14)3.2B OOST型有源功率因数校正的控制方法 (15)3.2.1电流峰值控制法 (15)3.2.2平均电流控制法 (17)3.2.3滞环电流控制法 (18)3.3UC3854A简介 (19)3.3.1 UC3854A的主要特点 (20)3.3.2 UC3854A的内部结构 (20)3.3.3 引脚说明 (22)3.4本章小结 (25)第4章仿真Boost型功率因数校正电路 (25)4.1主电路参数设置 (26)4.1.1 额定参数 (26)4.1.2 主要电气参数 (26)4.1.3 升压电感的计算 (28)4.1.4 输出电容的计算 (28)4.1.5 功率元件 (29)4.1.6 Cr、Cs、Lr及VD1、VD2、VD3 (29)4.2控制电路 (29)4.2.1 控制电路的结构 (29)4.2.2 电路工作原理 (31)4.2.3 控制电路的设计 (32)4.3开环电路仿真 (37)4.4闭环仿真 (39)4.4.1 电压控制环路部分 (39)4.4.2 电流控制环路部分 (39)4.4.3仿真电路构成 (40)4.4.4闭环仿真波形及分析 (41)4.4.5 仿真结果分析 (42)4.5本章小结 (42)结论 (35)参考文献 (36)致谢 (38)附录1 (I)附录2 (V)附录3 (IX)附录 4 (XVII)第1章绪论1.1 课题背景随着工业现代化和电气化的进展，人们对电能质量的要求越来越高。

基于数字单周期控制Boost PFC变换器的设计与仿真

基于数字单周期控制Boost PFC变换器的设计与仿真李少林;张景明;张维路;张卓夫【摘要】单周期控制技术(O ne-C ycle-C ontrol,O C C)是当前一种比较新型非线性大信号PW M控制技术,单周期就可以实现控制目标,广泛运用于功率因数校正(Power Factor Correction,PFC).在论述单周期控制原理的基础上,设计了一种基于单周期控制的Boost变换器并进行实验论证.实验结果证明,单周期Boost PFC变换器可以实现PFC所控制的目标.【期刊名称】《装备制造技术》【年(卷),期】2016(000)010【总页数】3页(P66-67,78)【关键词】单周期控制;变换器;功率因数校正【作者】李少林;张景明;张维路;张卓夫【作者单位】桂林电子科技大学,广西桂林 541004;桂林电子科技大学,广西桂林541004;桂林电子科技大学,广西桂林 541004;桂林电子科技大学,广西桂林541004【正文语种】中文【中图分类】TM46近年来，随着电力电子的快速发展，大量非线性负载的电力电子设备应用于实际生活的各个方面。

但这些非线性负载的设备在实际工作时产生了大量谐波，不仅影响设备自身的工作效率，也对电力系统的稳定性产生影响。

功率因数校正（PFC）是处理谐波的一种有效方法。

因此，功率因数校正成为了当前电力电子领域的一个研究热点。

单周期控制是一种新型非线性大信号PWM控制技术。

在输入电压或负载出现快速变化的情况下，能在单周期内实现控制目标。

与传统的功率因数校正方式对比，少了乘法器，具有调制和控制的双重功能。

其最显著的特点就是不论稳定或扰动状态都能使受控量的平均值与控制参考基值成正比关系。

单周期控制具有动态响应快、开关频率恒定、抗干扰性强和易于实现的优点，近年来在PFC技术上得到广泛的应用。

本文以单周期控制的基本理论为基础，引入Boost PFC变换器以实现功率因数校正。

首先，分析单周期控制Boost PFC变换器的工作原理；然后根据原理计算并设置基本参数；最后运用Saber软件进行仿真，验证单周期控制的Boost变换器实现PFC的控制目标的可行性。

基于Boost变换器拓扑PFC电路的建模与分析

基于Boost 变换器拓扑PFC 电路的建模与分析苏　娟1,程杰斌2,解茜草1(1.西安石油大学　陕西西安　710065; 2.西安理工大学　陕西西安　710048)摘　要:介绍了以Boost 变换器为主拓扑结构,平均电流控制模式下PF C 电路的工作原理,并在准静态分析法的基础上,建立了系统的简化小信号模型。

在此基础上,以闭环系统的带宽f c 和相位裕量5为设计指标,给出了实用的闭环反馈控制器的设计方法。

仿真与实验结果表明,所建立的小信号模型及控制器设计方法不仅对模拟PF C 电路中补偿器RC 网络中参数的设计有实用意义,而且在考虑系统延时的情况下,也适合于数字PF C 电路中控制器的设计。

关键词:Boost ;小信号模型;传递函数;P FC 电路中图分类号:TN702 文献标识码:B 文章编号:1004373X (2005)1507103Modeling and Aralysis of Topology PFC Based on Boost Tr ansfor merSU Juan 1,CHENG Jiebin 2,XIE Qiancao 1(1.Xi ′an Shiyou Universi t y,Xi ′an,710065,China;2.Xi ′an U niversity of Technology,Xi ′an,710048,Chi na)Abstra ct :The paper resear ches the oper ation pr inciple of P FC circuit with Boost CCM averaged cur r ent mode control ,it builds t he simplified sma ll signal model of the system by using quasi static analysis method.T he paper introduces design method of PI regula-tor s with bandwidth of the closed loops system and phase mar gins 5which are applied in double closed loops syst em.T he simula-tive and experim enta l r esults show that the small signal m odel and design method is not only applied to design para meters of R C net-works in analog PF C circuit ,but also used to design r egulator s of digital PF C circuit in view of delay t ime .Ke ywords :Boost;sma ll signal model;tr ansfer funct ion;PF C cir cuit收稿日期:20050418 随着IEC 100032等国际标准的颁布和强制执行,提高功率因数、减小输入电流谐波成为当前电力电子技术设计的当务之急。

基于DSP的单相PFC控制器的研究

基于DSP的单相PFC控制器的研究摘要：本文在平均电流模式控制的基础上，设计了一种控制电路基于数字信号处理器（DSP）、主电路采用Boost变换器拓扑结构的全数字单相功率因数校正器；用数字控制电路代替传统的模拟电路来实现整个控制回路，最终使得校正器具有输入功率因数接近于1，低电流谐波以及高转换效率的特性.关键词：功率因数校正器（PFC） Boost变换器数字控制A DSP-Based Control Strategy for Single PhasePower Factor CorrectorAbstract：The paper introduce the design and implementation of a fully digital controlled single-phase boost power-factor corrector with fast response，which based on average current mode.The control-loop circuit is realized by using digital control in place of analog control and the corrector can tend to unity power factor, lower current harmonics and high transfer efficiency.Keywords: Power Factor Corrector Boost Converter Digital Control1 引言随着IEC1000-3-2等国际标准的颁布和强制执行，功率因数校正技术已成为电力电子领域的一个研究热点。

多年来，功率因数校正电路一直由专用PFC控制芯片组成的电路来实现，然而，这种专用芯片控制的电路本身具有模拟电路固有的缺陷，像元器件老化及热飘移问题，系统不灵活，难以实现进一步的优化，只能实现一些简单的控制算法等等。