基于DSP的Boost PFC軟開關(guān)變換器研究

摘要：詳細(xì)分析了一種新穎的Boost軟開關(guān)變換器，在傳統(tǒng)的Boost變換器基礎(chǔ)上加上緩沖元件電感和電容，從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的零電流開通和零電壓關(guān)斷。提出了基于DSP的新型控制算法，該算法僅需在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)采樣負(fù)載電流和輸入電壓來(lái)計(jì)算占空比，實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正(PF C)的目的，控制簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性好。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該新型的變換器工作在軟開關(guān)模式下，并且實(shí)現(xiàn)輸入側(cè)的單位功率因數(shù)。
關(guān)鍵詞：變換器；軟開關(guān)；功率因數(shù)校正

1 引言
在功率開關(guān)器件向著高頻化、大功率、小型化方向發(fā)展的同時(shí)，也帶來(lái)了更大的開關(guān)損耗和嚴(yán)重的電磁干擾，因此軟開關(guān)技術(shù)便逐步發(fā)展起來(lái)。在大功率應(yīng)用場(chǎng)合，因具有較高的可靠性、效率和性價(jià)比，控制簡(jiǎn)單，無(wú)源軟開關(guān)比有源軟開關(guān)有更好的發(fā)展前景。目前，較為成熟的軟開關(guān)技術(shù)大都集中在Buck和Boost方面。在此介紹了一種新穎的Boost軟開關(guān)變換器，由傳統(tǒng)Boost變換器加上由電感電容和二極管組成的無(wú)源無(wú)損緩沖電路構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制容易，可在較寬負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，并能有效降低電路開關(guān)損耗。
目前，應(yīng)用DSP有許多優(yōu)點(diǎn)，包括較易執(zhí)行復(fù)雜的控制方法，可靈活地修改設(shè)計(jì)以適應(yīng)特定用戶的需要等。DSP廣泛應(yīng)用于電力電子研究領(lǐng)域，可以在后級(jí)電源電路使用數(shù)字控制的同時(shí)，直接加入數(shù)字控制的前級(jí)有源功率因數(shù)校正(APFC)電路。在此提出一種基于DSP的PFC實(shí)現(xiàn)方法，詳細(xì)分析了其控制過(guò)程，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了分析的正確性和合理性。

2 Boost無(wú)源無(wú)損軟開關(guān)變換器工作過(guò)程
采用無(wú)源無(wú)損緩沖電路的Boost軟開關(guān)變換器如圖1所示。

它由傳統(tǒng)Boost電路(功率開關(guān)管VS、主電感Lf、整流二極管VD0和穩(wěn)壓電容C0)加無(wú)源無(wú)損緩沖電路(諧振電感Lr、諧振電容Cr1，Cr2及續(xù)流二極管VD1～VD3)構(gòu)成。對(duì)輸入電壓信號(hào)采用LV25-P型電壓傳感器實(shí)現(xiàn)隔離和檢測(cè)，對(duì)輸出電流信號(hào)采用高頻互感器實(shí)現(xiàn)隔離和檢測(cè)，然后通過(guò)電壓、電流調(diào)節(jié)器及限幅環(huán)節(jié)將信號(hào)限制在0～3 V之內(nèi)，最后輸入到DSP的A／D轉(zhuǎn)換單元，通過(guò)一種新型控制算法，在DSP中進(jìn)行運(yùn)算處理，計(jì)算出變換器的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)PFC。為便于分析該變換器工作過(guò)程，假設(shè)：Lf足夠大，可視作恒流源；C0足夠大，可視作恒壓源：Boost變換器工作在平均電流連續(xù)模式。電路工作模式如下：
模式1(t0～t1) VS開通，由于Lr作用，流過(guò)VS的電流不能突變，VS為零電流開通，主電感電流iLr和開關(guān)管電流iVS都線性增加，iVD0減小，Cr2放電、Cr1充電，Cr2與Lr諧振，t1時(shí)刻iVD0減小到零。
模式2(t1～t2) 在這一階段C0給負(fù)載供電，Cr2與Lr繼續(xù)諧振，Cr2繼續(xù)放電，Cr1繼續(xù)充電，iLf仍然增加，t2時(shí)刻VD1開始導(dǎo)通，并且Cr2兩端電壓uCr2下降到零。
模式3(t2～t3) VD1導(dǎo)通，iVD1不斷增加，is，iLf，iCr1，iCr2都減小，t3時(shí)刻iVD1達(dá)到極大值，iCr2減小到零，Cr2兩端反向充電電壓達(dá)到極大值。
模式4(t3～t4) Cr2反向放電，t4時(shí)刻iCr2達(dá)到負(fù)的極大值，iVD2=iCr1=0并保持不變，Cr1充電結(jié)束，uCr1達(dá)到最大，iLr=iLf，并保持不變，iVS達(dá)到最小值。
模式5(t4～t5) 該階段Cr2繼續(xù)反向放電，t5時(shí)刻，iVD1=iCr2=0，Cr2反向放電結(jié)束，且uCr2=0。
模式6(t5～t6) 該階段VS仍開通，Lf繼續(xù)充電。此時(shí)iLf=iLr=iVS，t6時(shí)刻關(guān)斷VS。