《基于DSP的两级APFC数字化控制的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于DSP的两级APFC数字化控制的研究（56页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目录目录摘 要lAbstractIIl弓I言111数字化开关电源的发展趋势l12开关电源谐波的危害。l13 APFC的发展现状2131国际现状o2132国内现状214三相APFC控制方案3141单级APFC方案分析3142两级APFC方案分析415本文研究的主要内容52数字化控制策略的研究621前级APFC数字化控制策略的研究6211占空比预测控制的工作原理6212电压外环功率级模型的建立822后级DCDC数字化控制策略的研究lO221全桥变换器的控制策略10222两级变换器的协调控制1223 APFC数字化采样算法和滤波算法的研究14231双边沿采样算法的研究14232数字滤波算法的复合应用
2、1624本章小结1 73基于DSP的APFC数字化控制系统的设计1 831 APFC数字化控制系统整体方案1 832控制系统的硬件设计20321霍尔检测和ADC调理电路20322驱动电路2 l323保护电路唧23324通信电路2533控制系统的软件设计25331整体程序设计25332前级Boost APFC控制的实现27333后级全桥有限双极性PWM的实现30I目录334 Boost空载控制的实现32335浪涌和软启动控制的实现33336保护功能的实现36337触摸屏实时监控功能的实现3734本章小结404实验研究与分析4l41波形对比分析：41411浪涌软起动控制效果一4l412前级APFC
3、控制效果43413后级全桥电路控制效果4542电能质量分析46421三相输入电流与PF值分析46422谐波含量分析485总结与展望50致谢一5 l参考文献52附录：作者在攻读硕士期间的研究成果54引言1引言伴随着电力电子技术的发展，开关变换器的应用也日趋普遍，因此提高开关电源的性能是人们现在所要研究的，主要包括：控制精度、响应速度以及功率因数等等。开关电源具有体积小、效率高、功率密度大等优点，已经广泛的取代线性电源，然而由于其开关器件的非线性，导致电网输入侧电流畸变，功率因数低并对电网产生严重的谐波污染，这些问题是目前人们特别关心的，因此减小开关电源产生的谐波污染，已成为当下对谐波治理中的一个
4、研究重点。11数字化开关电源的发展趋势随着高速的DSP(Digital Signal Processing)器件的出现，使得开关电源的数字化控制成为可能，DSP能够实时的监控电源的现场信息并进行高速信号处理进行实时的控制。DSP的高速信号处理能力使得一些先进的控制策略应用于开关电源的控制之中成为可能，因其控制电路简单、元器件较少、体积小便于实现复杂的智能控制算法，然而目前在很多开关电源设备中前级功率功率因数级是用模拟电路控制，而后级DCDC变换却应用了数字控制，这样在一个电源系统中既有模拟控制又有数字控制，在电路的配合和信息处理上就存在很多风险，由于模拟控制的地一般都是和主电路的地在一起的，而
5、数字控制的地是和主电路隔离开了，这样对整个系统的控制就很不方便，当主电路发生问题的时候往往会损坏控制电路，因此开关电源的全数字化是今后的一个发展方向。12开关电源谐波的危害谐波电流是输入侧电流经过傅里叶分解，除去基波电流外还包含各次频率是基波频率的整数倍的谐波电流，谐波畸变一般分为电压畸变和电流畸变。通常供电电网电压的畸变相比电流畸变小得多121。谐波源主要是各种电力电子装置、变压器、切割机，弧焊机等。其中整流装置所占的比例最大，其输入电流的谐波分量很大，给电网和设备本身还有周边设备都会造成严重污染，其主要危害有：(1)、由谐波电流产生的谐波电压降二次作用于电网电压，使网侧波形产生畸变；(2)
6、、由于电网电路中线路寄生电阻的存在，谐波成分就增加了线路损耗；(3)、谐波电流还会对周围的电子产品产生电磁干扰，影响其正常工作；(4)、谐波电流的增大使功率因数下降，电能利用率降低，因在不控整流电路中，整流二极管只有在输入电压大于整流后滤波电压时才能导通，所以电网输入侧的功率因数很西安理工大学硕士学位论文低，一般为0507，这样电网就需要额外很大一部分无功来满足设备的无功需求，造成电网能量的浪费。(5)、过大的尖峰谐波电流，会对整流后的滤波电容造成比较严重的危害。因此，从本质上解决开关电源等电力电子装置的谐波污染问题，对于提高电网供电质量和用电效率、缓解我国的能源短缺问题等都具有重要的意义。1
7、3 APFC的发展现状最初人们应用电感和电容构成的无源网络来进行设备的无功补偿，达到提高功率因数的目的，但其缺点是设备的体积比较大，而且效果不是很理想。到20世纪80年代，随着电力电子技术的飞速发展，APFC技术应运而生。由于其开关频率非常高，使得APFC技术具有体积小、重量轻、效率高、功率因数可接近1等优点得到了快速的发展。20世纪末，人们相继提出APFC的新型拓扑结构和新型的智能控制算法，使得APFC技术得到了快速的发展，单相APFC技术已基本趋于成熟，并已广泛的应用于各类开关电源中。三相APFC技术也被人们所注意并被广泛研究，但是由于三相APFC电路工作原理比较复杂、控制技术难度较大，目
8、前还不是很成熟“1。131国际现状国际上三相APFC技术研究较早，在1989年的PESC(电力电子专家会议)上，加拿大的ARPrasad首先提出了三相单开关APFC整流电路。有人认为这是APFC技术应用于三相不可控整流电路的重要里程碑。由于只有一个开关器件，因此结构简单、成本低、控制方便，具有良好的应用前景。目前三相单开关APFC技术研究内容主要有：(1)、主要依据三相单开关变换器的特点建立简化模型，然后通过系统仿真分析其工作原理和系统性能。(2)、引入新型智能的控制策略，提高电路性能和系统的抗干扰性。(3)、采用软开关技术，降低系统损耗，并且提高电力电子装置的开关频率和减小电力电子装置的体积
9、，减少EttI。132国内现状国内关于三相APFC技术的研究起步较晚，最早出现的文献是在20世纪90年代中期，APFC研究的主要内容有：(1)、提出新发明的拓扑结构，以提高转换效率或达到简化电路结构的目的。(2)、把DcDc变换器中的新技术应用于APFC电路中。例如软开关技术的应用可以提高开关频率减少开关损耗和改善系统性能。(3)、引入新型智能控制策略：预测控制、空间矢量控制、单周期控制、滑模变结构控制以及模糊控制等以此来改善系统性能。14三相APFC控制方案APFC技术一般根据电压的输入方式的不同可分为单相APFC和三相APFC两大类，一般单相APFc用于较小容量的系统中，单相APFC在拓扑
10、和控制方面的发展都比较成熟；三相APFC一般用于中大功率系统中，兰相APFC由于其电路结构、工作机理和控制都比较复杂，目前仍处于发展阶段。与单相APFC相比，三相APFC的优势在于：(1)、输出功率大、输出滤波电容小；(2)、无单相输入电路因中线谐波电流过大而烧毁的危险；(3)、无3次及3的倍数次的谐波电流。但是，在APFC效果方面，三相APFC技术一般不如单相APFC。原因是电网输A,侧-相电压相互耦合，每一相的电流不仅与该相电压有关，还受另外两相电压的影响，因此比较难的将其独立校正为正弦波。按电路结构划分，三相APFc技术可分为单级APFC和两级APFC。141单级APFC方案分析90年代
11、美国科罗拉多大学将APFC中的Boost电路和后级的F1yback变换器的MOSFET共用，提出了单级APFC变换器，将APFC级和后级合二为一，目的是减少电路DCDC元器件、节约成本、提高效率和简化控制等。c-图I-I单级APFC控制框图Fig1-1 Single-stage A PFC control scheme图卜1所示为单级APFC变换器的整体框图，单级APFC只有一套主电路和控制电路，既要实现APFC控制效果还要实现后级能最的稳定控制。因此，其控制设计复杂控制难西安理工大学硕士学位论文度高，很难兼顾功率因数和负载的特殊需求。142两级APFC方案分析如图12所示为两级APFc方案的框图，其是由两个相互独立的电路拓扑和控制系统组成的，前级APFC与输入侧相连来实现APFc功能，中间为储能滤波电容为后级提供负载能量，后级DcDc设计比较灵活，容易实现不同负载的需求。前级通常采用Boost变换器、工作在CCM下实现APFC，直流母线电压通过后级DCDC变换器实现隔离和变换，得到负载所需要的直流输出电压和实现对输出电压的快速调节。图卜2两级APFC控制框图Fig1-2 Two-stage APFC control scheme两级APFC方案的优点：(1)、输入电流畸变小，功率因数高：(2)、稳态精度高，动态性
