(南京信息工程大学信息与控制学院，南京210044)
【摘 要】摘 要:单周期功率因数校正PFC(Power Factor Correction)技术无需采样输入电压和使用乘法器，具有动态响应速度快、抗电源扰动能力强的特点。在分析单周期控制Boost PFC变换器工作原理的基础上，给出了单周期PFC技术的数字实现方案以及控制方程。基于动态逻辑库DLL(Dynamic Link Library)模块建立数字控制PFC系统模型并应用Psim软件完成仿真验证，再以TMS320F28027为控制核心，搭建Boost PFC变换器的实验平台进行实验。仿真和实验均表明数字控制方案可以较好地实现PFC，证明了所提方案的优良性能。实验电路测试获得的功率因数达到0.99以上，输入电流THD(Total Harmonic Distortion)值小于11%。 【期刊名称】电子器件 【年(卷),期】2013(036)006 【总页数】5
【关键词】关键词:单周期控制;Boost变换器;数字控制;功率因数校正
单周期控制技术OCC(One-Cycle-Control)是一种新型的非线性控制技术，自上世纪90年代提出以来，得到了国内外学者的广泛关注［1］。文献［2］将单周期控制技术拓展应用到Boost PFC变换器，并建立了大信号平均值模型，用于研究变换器的输入特性;在此基础上，研究了基于单周期控制的三相高功率因数整流器［3］和三相有源滤波器［4］，进一步证实了该技术的通用性和良好控制效果;文献［5-6］结合PFC变换器，研究了单周期控制系统的稳态和动态性能，推导了系统稳定运行的条件。
近年来，随着数字信号处理器(DSP)性能的提高和成本的降低，在电力电子变换器领域采用数字控制方案已经成为一个重要趋势［7-8］。相对模拟控制，在可控因素较多、要求实时反应速度更快、要求控制精度和可靠性较高的应用中，数字控制更易实现复杂的控制方法，而且可灵活地修改软件设计来实现多方面应用［9］。
本文结合Boost PFC变换器，对于基于数字实现的单周期控制方案进行研究。通过建立仿真模型以及搭建实验平台，对控制方案进行仿真和实验验证。仿真和实验结果均证明了数字控制方案能够达到较好的功率因数校正效果。
1 单周控制Boost PFC变换器工作原理
单相Boost整流器拓扑结构如图1所示。假设电路工作在CCM(Continuous Current Mode)模式下;输出滤波电容C足够大，在每个开关周期内，输出电压uo视为恒定;开关频率远远大于电源电压工频，在每个开关周期内，可将输入电压u in看作是恒定。
根据功率因数的定义可知，要实现功率因数校正，必须满足输入端呈现纯阻性，即
式中，u in为一个开关周期内输入电压平均值，Re为反映负载大小的等效电阻，iL为电感电流平均值且等于输入电流平均值i in。
在一个开关周期内，输入电压u in和输出电压uo依据电感伏秒平衡，即: 式中，d off为开关周期内开关管的关断占空比。将式(1)代入式(2)可得 那么
根据式(4)只需满足doff∝iL，就能使输入端呈现纯阻性，实现PFC。为了确保输出电压uo稳定在直流电压给定值uoref附近。则需要将式(4)进行改进，先
对式(3)两边同时乘以Rs，得 再令电压控制器输出Um为
其中Rs为电流采样电阻。结合式(5)和式(6)得:
根据式(7)的关系在一个开关周期内，调节Um为恒定值，再通过以Rs iL为调制波与以Um为幅值的三角载波相比较就可获得d off，从而实现变换器的输入电流跟随整流后的输入电压波形，同时又能保证输出电压稳定在给定值。
2 单周控制Boost PFC数字实现方案
根据以上分析，式(7)为单周期控制核心方程。根据式(7)可得到数字控制的具体实现过程:只需在每个开关周期内对电流进行一次采样，然后与幅值为Um的三角载波进行比较，得到开关关断占空比d off，来实现功率因数校正。
数字实现的硬件平台主要由Boost主电路、输入电流和输出电压取样及调理电路、TMS320F28027 DSP控制电路以及驱动电路组成。图2为数字控制的单周期控制Boost PFC原理框图。
电流取样选用25 mA/25 A的电流传感器。由于DSP的工作电压为0～3.3 V，为了确保DSP正常工作，需要将传感器输出的小电流信号转换为电压信号，再转换为0～3.3 V的单极性信号送入DSP的A/D转换口，同样输出电压采样值需经差分调理电路调节至0～3.3 V范围再送入A/D转换口。
DSP控制电路是整个控制的核心，产生开关调节PWM信号，该信号经过驱动电路放大后驱动开关器件。
3 系统软件设计
TMS320F28027内部包含4路EPWM模块和16路A/D通道，可以方便实现单周期控制算法。以EPWM2为例对EPWM模块功能加以说明:EPWM2模块
Boost PFC变换器数字控制研究
