1 引言 随着对高功率因数的变换器的需求不断增长,功率因数为1(unity Power factor)的电源供给越来越受到欢迎。在计算机或其它一些设备上,电源要求鲁棒性好、可靠、抗干扰能力强。而数字控制正提供了这方面的保障。 和传统模拟控制器相比,数字控制器具有以下这些优点:可以实现非线性的精细的控制算法,减少元器件数量,提高可靠性,不易老化,很小的控制偏差和热漂移。但同时,数字控制也意味着相对较高的费用和一定的控制带宽限制。过去,这些不足在很大程度上限制了数字控制在电源方面的应用。而现在,由于高效廉价的DSP的出现,数字控制不仅在交流驱动(ACdrives)和三相变换方面应用越来越广泛,而且在DC/DC变换领域也成为一种可行方案。本文将讨论DSP在单相开关电源功率因数校正方面的应用。
2 传统的模拟PFC电路简介 模拟PFC电路已经有了多年的应用,并且推出了一些商用的IC芯片,例如TI公司的UC3854等。 图1所示的就是功率因数校正的基本原理。PFC控制电路主要由电压误差放大器、电流误差放大器、乘法器和PWM驱动组成。控制的目标是使输入电流紧跟输入电压的变化,并使输出纹波尽可能地小。为了使输入电流跟随输入电压变化,控制电路对输入电压采样,采样信号作为乘法器的一个输入;为了保持输入电压稳定,输出电压经分压、比较和误差放大后作为乘法器的另一个输入,于是乘法器的输出具有输入电压的形状,且其幅度由输出电压控制。乘法器的输出作为输入电流的基准信号。采样输入电流,和这个基准比较,经误差放大后输入PWM比较器,PWM输出驱动波形控制变换器工作。闭环反馈控制的结果使输入电流的平均值与输入电压成正比,从而达到较高的功率因数。 图1 功率因数校正原理 PFC变换器的输出中含有二次谐波的纹波电压, |ΔVo(t)|= (1) 这与变换器的拓扑结构和控制方式无关。如果要通过电压回路消除输出电压的纹波,就必然会损坏输入电流的波形,从而降低功率因数。而引入模拟滤波电路 的话,又会引入不良的相位影响,而且由于模拟元件参数离散性大、易老化和热漂移等因素,很难实现精确的滤波。所以对于50Hz的工频输入,电压回路的带宽一般都只选在10~20Hz。
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