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基于DSP控制的PFC变换器的新颖采样算法

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

 摘要:为DSP控制的功率因数校正(PFC)变换器提出了一种新颖的采样算法,它能够很好地消除PFC电路中高频开关动作产生的振荡对数字采样的影响。尤其是当开关频率高于30kHz时,所提出的新颖采样算法能够更好地提高开关抗噪声性能。最后将此算法运用到一台2kW的PFC变换器中,实验结果证明了该算法对于分析、设计和调试所有含开关的数字采样电路均有实用参考价值。

    关键词:数字信号处理;功率因数校正;采样算法

引言

数字信号处理器(DSP)已经被广泛应用于通信,智能控制,运动控制等许多领域中。由于具有处理速度快、灵活、精确、可靠等特点,DSP已逐渐取代了传统的模拟控制,例如开关电源中的DC/DC变换器,PFC变换器,以及高频脉宽调制(PWM)逆变器等[1][2]。而在这些应用中,为了消除高频噪声的影响,也同时为了增加功率密度,通常要求开关频率保持在20kHz以上。如不考虑采样保持时间和模/数转换,一般的DSP芯片都能够在此频率以上工作。但这些应用场合又必须对模拟电压和电流进行采样,才能保证反馈控制的有效性。本文在传统PFC变换器控制电路的基础上,提出了一种采用DSP作为PFC的控制电路的方法,并详细分析了在平均电流模式控制下传统的单周期单采样(SSOP)的方法,最后提出了能够大大改善开关抗噪声性能的新颖采样算法。

图1

1 基于DSP的PFC控制策略原理

图1所示为PFC变换器的系统框图和DSP控制。为了获得高功率因数,采用了升压拓扑结构。乘法器是图中的关键部件,其输入信号为电压环路中电压补偿器EA1的输出电压信号和整流电压>|Vin|信号,其输出作为控制开关管的基准,与反映电感电流IL的信号进行比较,从而控制开关管的通断时间。因此,变换器必须同时对输入电流Iin,输入电压Vin和输出电压Vout采样。

为了实现PFC变换器的数字控制,要求转移函数为离散表达式。为方便起见,这里首先采用拉普拉斯变换。根据图1(a),电压补偿器EA1的连续转移函数可表示为

G1(s)=(Vref-Vp)/(Vv-sam-Vref)=K1+K2/s    (1)

式中:K1=Rvf/Rvi;K2=1/RviCvf。

考虑到第一级采样和保持效果,将式(1)变成式(2),即

G1′(s)=[(1-e -TS)/s(Gs(s))]=[(1-e -TS)/s][K1+(K2/s)]    (2)

式中:T为开关周期。
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    从而得到转移函数的离散表达式如式(3)所示。

ΔVo(k)=ΔVo(k-1)+K1ΔVI(k)+

(TK2-K1)ΔVI(k-1)    (3)

式中:ΔVo(k)=Vref-Vp(k);

ΔVI(k)=Vv-sam(k)-Vref;

k为采样序列数。

从式(3)中可以清楚地看出,电压环路中电压补偿器EA1的输出电压在当前的采样周期是由它前一时刻的值和Vv-sam共同决定的,其关系式如式(4)所示。

Vp(k)=Vp(k-1)-K1Vv-sam(k)-

(TK2-K1)Vv-sam(k-1)+TK2Vref    (4)

同样,电流环中的补偿器EA2的转移函数也可由图1(a)得到

基于DSP控制的PFC变换器的新颖采样算法

式中:K

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