基于dsp控制的pfc变换器的新颖采样算法

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1、基于DSP控制的PFC变换器的新颖采样算法

2、第1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2ksoNormal>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/

3、DC变换器，PFC变换器，以及高频脉宽调制(P)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11基于DSP

4、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>

5、Vin

6、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)=(

7、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。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

8、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）得到式中：K3=RczCcz；K4=RciCcz。因此，转移函数的离散表达式为图1(b)是PFC变换器的DSP控制阶段。该阶段对3个主要电量：感应电流IL，整流输入电压

9、Vin

10、和输出电压Vout进行采样。这些值经过采样后再被转换成数字量，参

11、与DSP随后的计算过程。与开关频率比较而言，这3个信号中的两个电压信号就成了主要的低频信号了。这里要求感应电流最好能被瞬时地反馈，这一点在模拟控制器中是很容易实现的，而在数字信号处理中由于采样速率的限制和A/D转换使得很难满足这一要求。在实际的采样算法中，采样信号用来计算以后周期的脉冲宽度。2单周期单采样方法的缺陷对于一个数控的PFC来说，单周期单采样（SSOP）使控制器相对模拟PFC而言对噪声更加敏感。由于开关噪声与电流传感器有关并受其影响，在开关点上经常会出现高频振荡，而且振荡将持续在一个相当长的周期内（如图2所示），这些噪声将影响系

12、统的正常工作。最好的解决方法就是通过调整采样点避开此采样区间，即不固定点采样算法。另一方面，可采用DSP芯片来限制采样速率和A/D转换。基于上述分析，SSOP采样方法看似完美，但采用这种采样算法后又会带来新的问题，即如何在每一次开关循环中都确定一个固定的采样点，上面所提到的条件又如何在任何时间都能得到满足。在采用了SSOP方法的PFC应用中，输入电流必须跟随正弦输入电压，且输出电压必须始终为常数。占空比D从接近于1减小到最小值Dmin，而正弦交流电压相应地从零变化到峰值。如果Dmin太小的话，就不能满足SSOP算法的要求。最小占空比由式(

13、7)给出。通常，对于一个通用输入电压的PFC变换器来说，一般将其输出电压设计在385V左右。输入电压若为110V，Dmin可以满足要求，但若为220V，Dmin就只能达到0.12～0.22，假