MC56F8323的单相功率因数校正模块的应用

基于MC56F8323的单相功率因数校正模块的应用

 

  

　　基于DSP的数字控制逐渐和电力电子应用紧密结合，功率因数校正是电力电子技术的一个重要应用，利用Motorola新型号MC56F8323的高性能特性，完成了基于DSP的功率因数校正应用模块研究，给出了详细的系统设计和控制参数。最后用一台500W实验样机验证了数字控制所带来的优良的系统性能。

 

　　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。主电路由不可控整流电路、电感、开关管和滤波电容组成。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。另一方向，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计算速度决定厂数字控制系统的适用场合，现在数字控制多被用于计算速度要求不太苛刻的场合。

 

　　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，并取得厂良好的控制效果。基于MC56F823的PUC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。G1的传递函数为式中：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，作为内环电流环的给定Iref，即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。

 

　　MC56F8323的基本特征与资源利用情况如表4所列。样机的输入电压范围为全球通用交流输入，即输入电压范围设计为AC85"265v，图3为输入电压有效值为110V，输出满载时的输入电压和输入电流波形，其中通道1为电压波形，此时输入电流THD为10.5％，输入功率因数为0.994。实验表明当输出满载功率不变时，输入电压在AC85"265V的范围内变化时，输入电流无论是波形还是相位都跟踪输入电压波形，数字PFC控制始终可以使电路保持很高的功率因数。表5和表6分别为输入电压在110V和220V情况下，输出负载变化时的实验数据，从这些数据可以看出，当负载从满载到空载变化时，输出电压保持恒定不变，输入功率因数始终都维持在较高水平。实验表明该数字控制的功率因数校正系统在较大负载变化范围内均有较好的性能。4结语数字控制已成为电力电子研究领域的一个重要发展方向，基于DSP的控制技术在电力电子领域的运用也逐渐普及并受到市场的充分肯定。数字控制在功率因数校正模块中的应用研究，不仅给出了完整的功率因数校正中的DSP控制解决方案，而且将DSP控制与电力电子专业应用更紧密地结合在一起，为电力电子设汁提供了一种新思路。

　　本文首先给出了基于MC56F8323的功率因数校正应用的控制原理以及设计方法，最后做出了一台500W数字功率因数校正模块样机，并用实验验证了数字控制系统的优良性能。