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一種改進(jìn)的DSP固定點(diǎn)采樣算法

作者: 時(shí)間:2011-05-23 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要:高頻開關(guān)動作產(chǎn)生的振蕩對數(shù)字采樣有一定的影響,以Boost型PFC電路為例,分析了受影響區(qū)間,進(jìn)而提出線性外推的改進(jìn)算法。最后把此算法運(yùn)用到一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)P椭?,?shí)驗(yàn)結(jié)果證明了該算法的有效性。關(guān)鍵詞:數(shù)字信號處理;功率因數(shù)校正;采樣算法



圖1Boost型的PFC原理圖


1引言

電力電子裝置中采用的PWM技術(shù)由于能有效地抑制諧波,動態(tài)響應(yīng)好,使變流器的可靠性大大提高。工作頻率越高,上述優(yōu)點(diǎn)就越突出。 PFC的反饋調(diào)節(jié)一般采用PWM技術(shù)。PWM技術(shù)要求功率電路具有高的工作頻率,因而對控制電路頻率也提出相應(yīng)的要求。傳統(tǒng)的模擬控制已逐漸由具有處理速度快、靈活、精確、可靠等優(yōu)點(diǎn)的數(shù)字控制所取代。具有高速處理平臺的數(shù)字信號處理器(DSP)是一個(gè)較理想的選擇。采用DSP作為PFC的控制電路,概括已有的研究成果,作者認(rèn)為:采用傳統(tǒng)的固定點(diǎn)采樣方法,由于開關(guān)點(diǎn)的不確定,容易受開關(guān)通斷動作時(shí)所出現(xiàn)的高頻噪聲的影響,以至采樣準(zhǔn)確度大受影響。為使受控系統(tǒng)能夠穩(wěn)定工作,文獻(xiàn)[2]提出了跳過受影響的區(qū)間進(jìn)行采樣的算法,即不定點(diǎn)采樣算法,取得了不錯(cuò)的效果。 本文針對開關(guān)動作對采樣的影響,詳細(xì)分析了存在的開關(guān)振蕩區(qū)間,并給出其表達(dá)式。在此基礎(chǔ)上,提出針對該問題的另一種解決辦法——線性外推的固定點(diǎn)采樣方法,并給出了采樣點(diǎn)的選取原則。將此算法用于一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)P椭?,?shí)驗(yàn)結(jié)果證明了理論分析的正確性與線性外推算法的可行性。

2基于DSP的PFC控制策略

基于Boost的PFC原理如圖1所示。

有源校正的目的是,在滿足負(fù)載電壓為平穩(wěn)的直流電壓前提下,通過PWM策略控制開關(guān)器件的通斷,使通過電感L的電流即網(wǎng)側(cè)電流具有近似正弦的波形,且與網(wǎng)側(cè)電壓相位相同,整個(gè)電路的功率因數(shù)接近1,具有功率因數(shù)校正的目的。



圖2含高頻諧振的采樣電流(5A/div)


傳統(tǒng)的采樣模擬控制,其控制部分如圖1中的虛線框所示,若用DSP,則該部分的功能由DSP及其外圍設(shè)備代替??蛑械年P(guān)鍵部件為基準(zhǔn)信號發(fā)生器(也稱乘法器)。其輸入信號由反映輸出電壓精度的誤差信號和反映網(wǎng)側(cè)的電壓信號組成,其輸出作為控制開關(guān)管的基準(zhǔn)與反映電感電路iL的信號比較,進(jìn)行控制開關(guān)管的通斷時(shí)間。因此必須采樣輸入電壓Vin,輸入電流iL,和輸出電壓Vout。對它們不失真采樣是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)電流正弦,保持輸出電壓穩(wěn)定的關(guān)鍵。一般的策略是:本開關(guān)周期利用上一周期計(jì)算的開關(guān)時(shí)間值控制開關(guān),利用本周期的采樣量計(jì)算下一周期的開關(guān)時(shí)間,依次類推。

3單周期單采樣方法的現(xiàn)狀

為了提高轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率,一般采用每周期采樣一次的方法。但由于開關(guān)噪聲的存在,在開關(guān)動作時(shí)總伴隨著一定時(shí)間的高頻振蕩,如圖2所示。如果僅有的一次采樣剛好發(fā)生在振蕩區(qū)間,無疑將使采樣失真,直接影響電壓的穩(wěn)定。事實(shí)上這種情況是存在的。

幾乎所有的脈寬調(diào)制電路的開關(guān)點(diǎn)是不定的,這在PFC類型的電路中尤為突出。因?yàn)槠漭斎胧钦也?,有零到峰值的變化范圍,所以要保持輸出穩(wěn)定,相對應(yīng)的占空比必須有接近于1到0的變化范圍。這樣就會導(dǎo)致在某個(gè)時(shí)間段,采樣總會發(fā)生在高頻振蕩區(qū)間。文獻(xiàn)[2]采用一定的算法避開此區(qū)間采樣,即不固定點(diǎn)采樣算法,取得了比較理想的控制效果。

4線性外推的采樣算法

設(shè)開關(guān)周期為T,定點(diǎn)采樣時(shí)間為χ,采樣時(shí)間為tsam,振蕩時(shí)間為tosc,占空比為D,Uinsinωt為輸入電壓,U0為輸出電壓。

4.1PWM調(diào)制的占空比分布

由于正弦波周期遠(yuǎn)大于開關(guān)周期,故可以直接運(yùn)用Boost電路的直流增益公式=ωt≠0,π(1)D=1-sinωt(2)

圖3中,顯示了一個(gè)正弦脈沖中的占空比的變化情況。

4.2采樣到諧振信號的區(qū)間推導(dǎo)

可見,在一個(gè)脈沖周期內(nèi),占空比先由1變到0,再由0變到1。如果采用固定點(diǎn)采樣,將可能在兩個(gè)對稱的區(qū)間上采樣到開關(guān)諧振信號。由于對稱,故只需求解0—π/2的區(qū)間。

由圖4可知,在0—π/2的區(qū)間中,可能采樣到開關(guān)諧振信號的區(qū)間為

χ-toscDTχ+tsam

結(jié)合式(2),此區(qū)間用角度表示為θ=arcsin〔(1-)〕-arcsin〔(1-)〕

(3)

因?yàn)棣取?,所以χ越大,θ越小。但為保證在T-χ時(shí)間內(nèi)能夠完成下周期占空比的計(jì)算,不能太大。

4.3線性外推算法

當(dāng)χ的取值盡可能大,同時(shí)又滿足T-χ時(shí)間內(nèi)能完成計(jì)算任務(wù),θ的取值一般在10°到20°之間???/P>


一種改進(jìn)的DSP固定點(diǎn)采樣算法


圖3脈沖波和相應(yīng)占空比對比圖


圖4一個(gè)采樣周期的時(shí)間分布


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Vol.5No.10

October2002


第5卷第10期

2002年10月


圖5算法流程圖


vin:150V/div,iin:10A/div,t:5ms/div圖6輸入電壓和電流波形


見,不確定采樣范圍很小,其斜率變化也不大,可以采用線性外推算法進(jìn)行糾正。一般開關(guān)諧振幅值都比較大,我們可以預(yù)設(shè)一個(gè)較大的偏差值,當(dāng)采樣值和線性外推值之差超出此預(yù)設(shè)偏差,就認(rèn)為采樣發(fā)生在振蕩區(qū)間內(nèi),這時(shí)就用線性外推值代替采樣值,繼續(xù)計(jì)算。 算法流程為

雖然θ與高頻振蕩時(shí)間Tosc有關(guān),但Tosc的估計(jì)偏差只會引起θ小范圍的變化,不會導(dǎo)致算法根本失效。

5實(shí)驗(yàn)結(jié)果

將此算法運(yùn)用到一個(gè)1kW的變換器中,選用比較常用的TMS320F240控制芯片??紤]各方面因素,選用30kHz的開關(guān)頻率,則開關(guān)周期為33μs,因算法簡單,計(jì)算下一周期占空比的時(shí)間不超過5μs,故采樣點(diǎn)選在20μs處。其輸出波形如圖6所示,功率因數(shù)為0.978。

6結(jié)語

本文對高頻振蕩區(qū)間的求解和線性外推思想的運(yùn)用,成功地解決了PFC電路數(shù)值采樣過程中高頻振蕩的影響。文中的方法和結(jié)論對于分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試所有含開關(guān)的數(shù)字采樣電路均有實(shí)用參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]蔡宣三,龔紹文.高頻功率電子學(xué)(第一版)[M].科學(xué)出

版社,1993.

[2]JinghaiZhou.NovelsamplingalgorithmforDSPcontrolled

2kWPFCconverter[J].IEEEtran.PE,2001,16:217-222.

[3]S.WallandR.Jackson.Fastcontrollerdesignforsingle?

phasepower?fctorcorrectionsystem[J].IEEEtran.IE,

1997,44:654-600.

[4]吳忠.變頻采樣PWM矩形波電流控制[J].電工技術(shù)學(xué)

報(bào),1996:16-21.



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