基于mc56f8323的单相功率因数校正模块的应用

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1、基于MC56F8323的单相功率因数校正模块的应用

2、第1（1）式中：Vrms是电网电压的有效值；Irms是电网电流的有效值；V1rms是电网基波电压有效值，在以下的讨论中，都认为电网电压是理想的正弦波，即Vrms=V1rms。I1rms是电网基波电流有效值；cosφ是基波电压电流的相移因数(displacementfactor)；γ=I1rms/Irms是电网电流的失真因数(distortionfactor)。因此，功率因数PF又可以定义为电流失真因数和相移因数的乘积。单管Boost型PFC电路是现在实际工程应用中最为广泛的一种有源功率因数校正电路，其电路工作框图

3、如图1所示。主电路由不可控整流电路、电感、开关管和滤波电容组成。其输入侧有储能电感L，可以减小输入电流纹波，防止电网对主电路高频瞬态冲击，且可减少对输入滤波器的要求，对整流器呈现电流源负载特性；其输出侧有滤波电容，可以减小输出电压的纹波，对负载呈现电压源特性。　500)this.style.ouseg(this)">图1BoostPFC电路工作原理方框图从前面的分析可知，PFC电路主要完成两方面任务：1）控制电感电流，尽量使输入电流接近正弦，保证其γ接近于1，并使输入电流基波跟随输入电压相位；2）控制输出电压，使输出电压保持恒定。因此需要两个控制环进行控制，电压环

4、是外环，采样输出电压，保持输出电压恒定；电流环是内环，采样电感电流，迫使电感电流跟踪电流给定，减小输入电流谐波。2基于数字控制功率因数校正模块的系统框架数字化使得电力电子变换控制更为灵活，在CPU计算速度允许的情况下，可以实现模拟控制难以做到的复杂控制算法，用户可以根据自己的系统需求，方便地更改控制器参数，即便是在控制对象改变的情况下，也不需要对控制器硬件做修改，只要改变某些软件参数即可，从而大大增强了系统的硬件兼容性。另一方面，数字电路不易受到外界环境的干扰，增强了系统的可靠性。但是，数字控制所采用的CPU计算速度决定了数字控制系统的适用场合。现在数字控制多被用

5、于计算速度要求不太苛刻的场合，例如，UPS和逆变器控制等，计算频率一般小于20kHz。控制频率大于100kHz的高频功率变换现在主要还是采用模拟器件控制，这主要是受到CPU计算速度的限制。本文采用Motorola公司的新型DSP芯片MC56F8323，将数字控制引入到高频有源功率因数校正的控制之中，完成了基于数字控制的功率因数校正模块应用，并取得了良好的控制效果。基于MC56F8323的PFC模块系统框图如图2所示，主电路采用传统的单管Boost的功率拓朴结构，由主功率管S，升压二极管D，储能电感L以及输出电容C组成，输入侧还包括输入EMI滤波，输入继电器以及二极

6、管全波整流电路。全波整流电压Vrect，输入电流Iin，和输出直流母线电压Vbus三个模拟变量送至DSP模数转换。本文的数字调节器均采用PI算法。从图2中可以看出，数字PFC采用双环控制，外环电压环速度较慢，输出的直流母线电压经采样与输出电压的给定值相比较，经电压环PI调节器G1，输出表示为a。500)this.style.ouseg(this)">图2基于MC56F8323的PFC模块系统框图G1的传递函数为G1=Kpv＋500)this.style.ouseg(this)">（2）式中：Kpv为电压环比例系数；Kiv为电压环积分系数。a要与另外两个量b和c相乘

7、，作为内环电流环的给定Iref，即Iref=a·b·c（3）其中b=500)this.style.ouseg(this)">（4）即输入全波整流电压Vrect平均值平方的倒数，c即为输入全波整流电压，这样，电压环PI调节器的输出a决定了电流环给定的幅值，输入全波整流电压的采样值c决定了电流环给定的形状，前馈电压控制的引入b保证了输入功率恒定，不受输入电网电压变化的影响。内环电流环的速度较快，将输入电流采样值与电流环给定相比较，经电流环的PI调节器G2产生变化的占空比参数，最后通过P0给出主功率开关管控制波形。G2的传递函数为G2=Kpi＋500)this.styl

8、e.ouseg(this)">（5）式中：Kpi为电流环比例系数；Kii为电流环积分系数。在进行MATLAB仿真后，可以得到电压环、电流环的各个控制系数，在仿真初值的基础上，进行大量的实验调试，最后各个控制参数如表1及表2所列。为了保证在输入电压大范围变化时系统性能始终达到最佳态，当输入电压有效值为110V和220V时电流环分别采用不同的PI参数，这也是模拟控制所无法做到的。表1PFC实验电压环PI参数参数110V220V比例系数Kpv积分系数Kiv5/20480(Q12)0.007/229(Q15)5/20480(Q12)0.007/229(Q15)表2PFC实

9、验电流环P