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1、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)制型的数字控制单相Boost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,ElectricalEngineeringFacultyNanji
2、ng211170)AbstractThispaperdesignsandigitalcontrolledBoostPFCconverterwiththemethodofaveragecurrentcontrol,whichisbasedontheDSPofTMS320LF2407A,andspeciallyresearchesthedesignofvoltageclose-loopandcurrentclosebuiltbasedontheMaUab/Simulink,andtheperformanceissimulatedandanalyzed.KeywordsBoostconverter;
3、PFC;averagecurrentcontrol;digitalcontrol;simulation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公布了许多相关法令,以限制电子设备的谐波污染和提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.传统的PFC技术一般采用由专用的集成控制芯片UC3854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,到达很好的控制效果.然而,专用芯片控制电路本身明显具有模拟电路所固有的缺乏:大量的分散元件
4、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良;只能实现简单的PID控制算法.?随着IC技术和现代电力电子技术的迅速开展,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
5、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;本钱低,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.本文比照模拟控制的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,为基于TMS320LF2407ADSP数字控
6、制的平均电流模式BoostPFC原理框图.l寿=KK分别为输出电压)=瓦Uo要保证在输入电压最小时仍能输出最大负载,乘法器增益Km可取输入电压最大值与最小值之比.两个环路的总增益都为1,那么电压环PI控制器的传递函数技术探讨?TechnologyandStudyHI=KTMS320F240DSP芯片内有双l0位ADC,共有16为输入通道和12个PWM通道,控制系统主程序和采样中断程序分别如图2(a),(b)的所示.图2(a)为系统主程序流程图,主要由初始化和主循环两局部组成,其主要任务是完成初始化工作和等待中断;系统中断程序如图2(b)所示,主要完成采样输入电压,电流,输出电压等,并进行A/D
7、转换,将数据转化成一定的格式.路,获得新的占空比,继而获取PWM脉冲信号.(a)主程序流程图(b)中断程序流程图图2软件设计流程图本文应用TMS320F240实现的数字控制功率因数校正Boost电路的参数为:输入电压:l8OV265VAC输入频率:5OHz;输出功率:6500W;开关频率:10KHz,功率因数:>95%.主电路的电感和电容根据参数的设计要求通过计算确定:(1)主电路电感的选择主电路为电感电流连续工作方式,根据对主电路的分析,克信息平安与技术?2021.12?35?TechnologyandStudy?技术探讨制电感电流是否连续,取决于输出功率,开关频率,电感的大小
8、等,假设要满足电感电流连续那么电感须满足:LT,这里D为功率开关管的占空比;IP为允许的最大纹波电流.经过计算,L=lmH(2)假设要使电压纹波足够小,那么输出电容须满足:c:三掣一)一mm)这里Uo(max),Uo(min)为输出电压的最大值和最4,值;计算,C=700F.图5数字控制PFCBoost的MATLAB仿真图tts图6输入电压电流仿真波形s图7输出电压仿真波形?本文使用的仿真工具为MATLAB中的Simulink和PowerSystemBlock工具箱,对系统进行仿真,图5为输入电压电流仿真波形,图6为输入电压电流仿真波形,图7为输出电压仿真波形.从图6中可见,输入电流和输入电压
9、波形相位根本相同,输电压环中引入了输入电压前馈,使得当输入电压在一定范围内发生变化时输出功率保持不变,控制电路的环路增益不再受到输入电压变化的影响,更容易实现全输入电压范围内的正常工作,提高了系统的稳定性.本文通过与模拟控制PFC比拟,简单说明了数字控制PFC的优点,分析了基于DSP控制的功率因数校正系统整体电路,最后应用MATLAB对DSPPFC电路进行了仿真,仿真结果说明基于DSP的PFC电路能有效抑制输入电流波形畸变,使输入电字控制的PFC校正方案能够有效抑制谐波对电网的污染.参考文献(PFC).通信电源技术,2005,2.字控制的改良算法【J】.电工技术,2006,2.统的设计J】.通信电源技术,2007,24.4】吴晓燕,张双选.MATLAB在自动控制中的应用M】.西安:西安电子科技大学出版社,2006.【5】徐德鸿等编着.电力电子系统建模及控制M】.北京:机械工业出版社,2005.作者简介莫丽琴(1978一).女,江苏南通人.讲师江苏海事职业技术学院,现主要从事船舶电气课程教学研究工作.叭埘蜘辩;晷