APFC自動調(diào)壓電路設(shè)計方案

引言

由于各種原因的影響，電網(wǎng)中存在著電流諧波，由于電網(wǎng)阻抗的存在，諧波電流流過電網(wǎng)阻抗，會使負載端電壓波形也出現(xiàn)畸變。此時系統(tǒng)的功率因數(shù)小于1，這樣會給電網(wǎng)帶來“污染”，同時也會影響超聲發(fā)生器的輸出電壓和系統(tǒng)的正常工作。因此需要設(shè)計特殊電路來對諧波進行抑制，PFC電路就是其中之一。PFC輸出的電壓一般是恒定的，但是在有些場合些要對輸出電壓進行調(diào)節(jié)，利用調(diào)節(jié)輸出電壓來控制輸出功率等等。因此對PFC輸出電壓的控制策略的研究具有一定的實際意義。

單相PFC技術(shù)

PFC（PowerFactorCorrection）就是對電流脈沖的高度進行抑制，使電流波形盡量接近正弦波。單相PFC根據(jù)采用的具體方法不同可以分為無源功率因數(shù)校正和有源功率因數(shù)校正兩種。

APFC電路電壓控制方案

APFC電路利用電阻分壓組成的恒定電壓反饋網(wǎng)絡(luò)可以控制輸出恒定的電壓。根據(jù)這一原理，本文巧妙地利用APFC電壓反饋網(wǎng)絡(luò)來進行電壓控制，即通過改變電阻分壓網(wǎng)絡(luò)的電阻R2來調(diào)節(jié)輸出電壓。R2發(fā)生變化使得電壓反饋信號隨之變化，電壓比較器與電壓給定進行比較，比較輸出的誤差控制PWM發(fā)生裝置，從而調(diào)解驅(qū)動信號的脈寬，使得輸出電壓在一定范圍內(nèi)進行線形的調(diào)節(jié)。通過這種方式就可以根據(jù)實際要求調(diào)節(jié)逆變器的輸入電壓。應用在功率控制的場合時，當負載增大的時候，輸出電流瞬時減小，功率隨之減小，此時調(diào)節(jié)R2使電壓上升，那么輸出電流也隨之上升，直至電壓與電流乘積（即輸出功率）與給定的參考一致，從而實現(xiàn)了輸出功率的調(diào)節(jié)。

但是如果單一的調(diào)節(jié)R2會造成危險隱患，例如若R2短路，R1就直接接地，輸出電壓會一直上升；若R2斷路，電壓反饋被拉高到母線電壓，可能會造成無輸出。因此要設(shè)計的電壓反饋網(wǎng)絡(luò)必須防止出現(xiàn)上訴狀況，本文設(shè)計的電壓反饋網(wǎng)絡(luò)中，R3與R2串聯(lián)防止R2短路，R4與R2、R3并聯(lián)防止短路狀態(tài)的發(fā)生。圖3為初步設(shè)計的電壓調(diào)節(jié)反饋網(wǎng)絡(luò)。

在初步設(shè)計中R2是一個可調(diào)節(jié)的電位器，是需要人工手動調(diào)節(jié)，但是這種方法不僅精確度不夠，而且操作麻煩，自動化程度低。因此本文在設(shè)計中采用單片機控制數(shù)字電位器代替的機械式電位器R2的策略來進行自動調(diào)節(jié)。

本文采用的是非易失性數(shù)字電位器，它是一種可在計算機控制下，通過編程來實現(xiàn)自動操作的智能化器件。它不像機械或模擬電位器那樣可以連續(xù)調(diào)節(jié)，但階梯式的阻值變化卻具有調(diào)節(jié)精度高和阻值穩(wěn)定的特點。其阻值分辨的臺階越多，阻值變化越精細，調(diào)整的靈敏度越高[2][3]。本文采用的數(shù)字電位器是Xicor公司生產(chǎn)的100節(jié)非易失性數(shù)字電位器X9312。X9312的原理圖如圖4所示[3]。

APFC自動調(diào)壓電路理論設(shè)計

圖5是本文設(shè)計的利用數(shù)字電位器實現(xiàn)電壓自適應控制的原理圖。圖中檢測信號就是電壓反饋信號，其輸出經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后作為控制信號，并由單片機根據(jù)控制關(guān)系和特性給出調(diào)整信號和計數(shù)脈沖，使數(shù)字電位器改變阻值而作用于電平控制電路（即APFC電路），以達到調(diào)節(jié)輸出電壓的要求。

采用單片機控制的軟件流程如圖6所示。圖中A1為，A2為，A3為，A4為封鎖信號。A1、A2、A3控制數(shù)字電位器X9312，A4是防止輸出過大控制失效的封鎖信號。由A4控制輸入的保護電路，在輸出失控時，封鎖輸入，保護整個電路的安全。

根據(jù)上訴的電壓調(diào)節(jié)原理，最終確定實際應用單片機控制數(shù)字電位器實現(xiàn)APFC輸出電壓自適應控制的電路如圖7所示。

結(jié)論

利用APFC電路實現(xiàn)輸出電壓的調(diào)節(jié)，既提高了整個電路的功率因數(shù)，又能實現(xiàn)對輸出電壓的控制。在此基礎(chǔ)上應用單片機控制數(shù)字電位器來調(diào)節(jié)電壓，實現(xiàn)了數(shù)字化控制，精度高、安全性好、自適應效果良好。這種控制策略可以應用在對逆變電路母線電壓控制以及對輸出功率控制系統(tǒng)中。

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