用DSP實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正
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根據(jù)國家《強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證管理規(guī)定》、《強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證標(biāo)志管理辦法》、《第一批實(shí)施強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證的產(chǎn)品目錄》的規(guī)定，自2003年5月1日起，列入《目錄》內(nèi)的產(chǎn)品未獲得強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證證書和未加施中國強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證標(biāo)志不得出廠銷售、進(jìn)口和在經(jīng)營性活動(dòng)中使用?？照{(diào)器也在《目錄》之內(nèi)。而變頻空調(diào)要通過中國強(qiáng)制認(rèn)證（簡稱“3C”），諧波電流必須滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB17625.1-1998《低壓電氣及電子設(shè)備發(fā)出的諧波電流限值（設(shè)備每相輸入電流≤16A）》的規(guī)定要求。目前國內(nèi)的絕大多數(shù)變頻空調(diào)都采用在直流通路中加電感的同時(shí)，給其并聯(lián)電容，這種方法功率因數(shù)有所改善，但諧波電流仍不能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求。有源功率因數(shù)校正（APFC）技術(shù)的采用，能有效地解決這個(gè)問題。本文介紹了利用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）實(shí)現(xiàn)APFC的完全數(shù)字化控制。
眾所周知，由于橋式整流電容濾波電路的電源輸入端電流不再是呈正弦波形，而呈幅值很高的不連續(xù)的尖峰脈沖，因而其基波成份很小，而高次諧波非常豐富，諧波總含量相當(dāng)可觀，電路的功率因數(shù)很差。國家正越來越嚴(yán)厲地限制低功率因數(shù)設(shè)備進(jìn)入市場(chǎng)。在過去的十幾年中，很多公司開發(fā)了許多解決APFC問題的專用元器件，這將增加設(shè)備的成本?，F(xiàn)在，又研制出了低成本的DSP，DSP帶有很多功能，象ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）、PWM（脈寬調(diào)制器）、PIO（可編程輸入輸出口），從而能夠完成很多實(shí)時(shí)控制，并能夠替代上述的專用PFC元器件。換言之，整個(gè)解決方案利用數(shù)字控制，節(jié)省元器件，提供更多的靈活性，并能實(shí)現(xiàn)非線性和復(fù)雜的控制。而且所有這些都不必更改硬件。
2 功率因數(shù)
線路功率因數(shù)定義為有功功率與視在功率之比值，即
PF=P/S=P/Vrms×Irms
其中，P為有功功率（W） S為視在功率（VA）
PF值大小在0與1之間。如果負(fù)載是純阻性負(fù)載，則有功功率與視在功率相等，PF等于1；反之，PF小于1。功率因數(shù)控制就是想辦法使PF等于1。
電子設(shè)備的輸入功率
Pin(t)=∫Vin(t)×Iin(t)×dt
假如Vin(t)=Vi×Sin(ωt),且PF=1，則
Iin(t)=Iin×Sin(ωt)
其中 Iin=iL=γio·Vin (γio是一個(gè)比值)，則
Iin(t)=(γio·Vin)·Sin(ωt)
3 DC-DC轉(zhuǎn)換器
對(duì)于PFC，電路拓?fù)涠喾N多樣。每個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器有兩個(gè)基本的工作模式：DCM（非連續(xù)工作模式）和CCM（連續(xù)工作模式）。在非連續(xù)工作模式中，電感電流在每個(gè)PWM周期將會(huì)達(dá)到零；而對(duì)于連續(xù)工作模式，電感電流在每個(gè)PWM周期從不達(dá)到零。非連續(xù)模式轉(zhuǎn)換器適于低功率應(yīng)用，而連續(xù)模式轉(zhuǎn)換器適于中、高功率應(yīng)用。在我們的PFC應(yīng)用中，升壓轉(zhuǎn)換器采用平均電流模式控制。
為了控制PFC，需要一個(gè)合適的PFC模型去完成控制算法。這里給出一個(gè)簡單的工作在連續(xù)模式的升壓轉(zhuǎn)換器的模型。結(jié)果如下：
Gid(s)=iL(s)/d(s)≈Vo/(S·L)
iL(s)為電感電流變化 d(s)為變化的占空比
Vo為輸出電壓 L為電感大小
在進(jìn)入CCM之前，升壓轉(zhuǎn)換器工作在DCM階段，兩個(gè)階段的傳遞功能不一樣，但由于增益較低，從而在達(dá)到穩(wěn)定性之前，不會(huì)出現(xiàn)什么問題。因此，Gid代表有用的傳遞功能，去調(diào)節(jié)電流控制環(huán)路。對(duì)于電壓控制環(huán)路，輸出電壓的反饋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)與反饋電流回路一樣重要?，F(xiàn)在，對(duì)輸入正弦波電壓的一個(gè)完整的半周期做等效的、小信號(hào)的解析。假設(shè)輸入電流被控制，跟蹤分壓后的輸入電壓波形，結(jié)果如下：
Gvo(s)=vo/vc=gc·(ro//Ro)/(1+S·Co·ro//Ro)
因此，Gvo(s)代表有用的傳遞功能，去調(diào)節(jié)電壓控制回路。
評(píng)論