數(shù)字升壓型功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器的分析與設(shè)計(jì)

　為實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制，將控制器傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)換成離散時(shí)間狀態(tài)的空間表示式，在取樣頻率為6kHz下，得到電流控制器為：

(25)

(26)

　　同樣地，在取樣頻率為2kHz下，可得電壓控制器離散狀態(tài)空間表示為：

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(28)

　　在外回路電壓控制器設(shè)計(jì)上，為減少控制器信號(hào)與乘法器信號(hào)受120Hz輸出電壓的影響，降低了功率因數(shù)的性能，所以外回路系統(tǒng)的頻寬通常設(shè)計(jì)在10Hz~20Hz之間。因此，在負(fù)載變動(dòng)時(shí)，輸出電壓很難恢復(fù)至穩(wěn)壓狀態(tài)。本文利用負(fù)載電流注入法將負(fù)載電流狀態(tài)作為控制反饋，以改善輸出電壓的暫態(tài)響應(yīng)。負(fù)載電流注入法是將負(fù)載電流接入控制回路，當(dāng)負(fù)載發(fā)生變動(dòng)時(shí)，立刻產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)輸入電流的參考信號(hào)，改善外回路電壓控制器緩慢的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

4 數(shù)字控制系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證

　　以16位數(shù)字信號(hào)處理器DsPIC30F4011為基礎(chǔ)，完成數(shù)字控制高功率因數(shù)升壓型轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)。在試驗(yàn)驗(yàn)證過(guò)程中，輸入電壓90~130 V_rms、輸出電壓312 V、最大輸出功率450 W的高功率因數(shù)升壓型AC/DC轉(zhuǎn)換器。試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果如下：

　　圖9為輸入電壓110V_rms、輸出功率450W時(shí)，輸入電壓V_in和電流i_in的實(shí)際波型，利用萬(wàn)用表測(cè)量的功率因數(shù)值為0.968，說(shuō)明了該設(shè)計(jì)系統(tǒng)的高功率因數(shù)特性。

　　隨后，對(duì)系統(tǒng)輸出電壓的穩(wěn)壓性能進(jìn)行測(cè)試，針對(duì)輸入電壓從110 V變動(dòng)到130 V，再?gòu)?10 V變到90 V，輸出的電壓響應(yīng)如圖10(a)。當(dāng)負(fù)載從250 W變動(dòng)到450 W時(shí)，輸出的電壓響應(yīng)如圖10(b)。當(dāng)額外加入負(fù)載電流且負(fù)載變動(dòng)同時(shí)發(fā)生時(shí)，輸出的電壓響應(yīng)如圖10(c)。比較圖10(b)和10(c)，圖10(c)的輸出電壓變動(dòng)較小時(shí)，負(fù)載電流注入法具有較高的穩(wěn)壓效果。當(dāng)V_in=110 V_rms時(shí)，針對(duì)不同輸出功率，測(cè)得高功率因數(shù)升壓型轉(zhuǎn)換器的功率因數(shù)曲線如圖11(a)所示，在P_o=450W時(shí)，功率因數(shù)最高可達(dá)0.966。針對(duì)不同輸出功率，測(cè)量高功率因數(shù)升壓型轉(zhuǎn)換器的效率曲線如圖11(b)所示，在P_o=450W時(shí)，效率最高可達(dá)92.2%。

5 結(jié)論

　　本文以升壓型轉(zhuǎn)換器為AC/DC功率因數(shù)校正整流器的基本結(jié)構(gòu)，以數(shù)字信號(hào)處理器DsPIC30F4011為控制核心，應(yīng)用主動(dòng)式功率因數(shù)校正技術(shù)的平均電流控制法，使平均輸入電流隨輸入電壓波形變化，以提高功率因數(shù)性能。利用負(fù)載電流注入控制法，改善輸出電壓動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢的缺點(diǎn)。最后設(shè)計(jì)輸出功率為450W的高功率因數(shù)升壓型轉(zhuǎn)換器并進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，該功率因數(shù)升壓型轉(zhuǎn)換器符合電流諧波的高功率因數(shù)特性，并且在輸入電壓幅值變動(dòng)及負(fù)載變動(dòng)時(shí)，輸出具有良好的穩(wěn)壓特性。

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