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带非正弦波电流的新颖数字式功率因数校正技术

时间:03-16 来源:互联网 点击:

应用。0%、50%和100%三个系数自动地应用于每个(半)周期特定时刻(1、2、8和9ms)的PWM值上。 为研究电压调整原理,可借助于图8所示的简化图。选取Cout=220μF,AC输入线路电压Vline=220V,Vout=400V,输出功率从0到400W变化。在负载变化时,电压调整环路保持输出电压(Vout)恒定。通过开环中测量,得到的占空因数变化量Δδ与输出电流变化量ΔIout之间的关系为

Δδ(%)=50×ΔIout(A)(1)

微控制器借助于A/D转换器,在每一个正弦周期之内取样一次输出电压值,通过计算测量与存储在存储器中的输出电压目标值(Vtgt)之间的差异,根据先前PWM占空因数的变更(±Δδ)对检测的误差(ε)进行补偿。于是,新形成的占空因数为

δ%=δn-1(%)+Δδ(2)

为实现静态和动态输出电压的调整,微控制器利用两个相邻的输出电压采样,去计算静态误差ε和它的变化速率dε/dt,如图9所示。

33静态和动态误差补偿

331静态误差补偿

微控制器对于输出电压的每一个采样值,计算出其与存入存储器中的目标电压Vtgt之间的误差εn

εn=Vout-Vtgt@tn(3)

为了补偿该误差,微控制器需要计算电流变化量(ΔIout),以在固定时间(Δt)期间,完成对电容器的充电。该时间值的选择,给出电压补偿的响应时间。ΔIout可用式(4)表示

ΔIout=-C(4)

根据式(1)和式(4),可以得到为补偿电压误差需要的占空因数的变化

Δδ(%)=-50C=S·εn(5)

式(5)中,S为静态补偿参数,它取决于输出电容器的电容值和所确定的响应时间(Δt)。

若选择C=220μF,Δt=50ms(比采样周期时间多于5倍),可以得到:Δδ(%)=-50··εn=-0.22εn(6)

例如,若检测10V的欠电压,占空因数将增加22%,50ms后面的电压变化将完全被抵消。

3.3.2动态补偿

在两个相邻的输出电压取样中,涉及先前的测量,微控制器计算误差变化率dε/dt=(7)

输出电压变化率来自输出电容器输入电流和输出电流之差ΔI,它可表示为ΔI=C(8)


图8数字PFC预调节器电压调整原理简图


图9输出电压静态误差ε及其变化速率dε/dt取样示意图

()

带非正弦波电流的新颖数字式功率因数校正技术

根据式(1)和式(8)可得到δ的变化量δ(%)=-50ΔI=-50C=D·dε(V)(9)

动态补偿参数D取决于输出电容(C)和两个相邻测量之间的时间间隔(dt),该参数与静态参数S一样,必须适应专门的应用,并存入微控制器存储器中。由于选取C=220μF,并选取dt=10ms,根据式(9)可得

Δδ(%)=-1.1·dε(10)

例如,若在两个相邻测量之间检测电压是50V,占空比必须增加55%,并立即停止该电压变化速率。

根据式(5)和式(9)可得,在每一次电压测量之后,占空因数总的变动可表示为

Δδ(%)=S·εn+D·dε(V)(11)

在式(11)中,S=-50C/Δt,D=-50C/dt。在选择C=220μF、Δt=50ms和dt=10ms情况下,式(11)变为

δ(%)=-0.22εn-1.1dε(V)(12)

34电压测量和过零检测程序

为了获得良好的抗噪扰性能,避免错误的电压测量,采用带软件的数字滤波器可以履行这一功能。滤波器使三次输出电压测量进行平均,每次测量间隔100μs。

为使电流波形与AC输入电压同步,通过软件进行过零检测。每1ms上的AC电压被感测,在周期结束之前,A/D转换器变化到连续变换模式。当输出电压通过50V时,一个跨零信号经过0.5ms延迟之后产生。在没有跨零检测时,利用电流时基定时器保持同步。

35安全功能

通过微控制器A/D转换器每μs对输出电压进行自动测量一次,软件安全有可靠保证。当输出电压达到450V时,输出过电压检测将停止PFC。当输出电压降至420V以下时,系统再次启动。借助于其它A/D转换器信道,依靠软件支持,其它的安全功能有以下几个方面:

1)功率MOSFET栅极电压监视当栅极电压低于13V时,系统停止运行;

2)DC输出电压监视在接通时如果输出电压高于预确定值,仅PFC功能启动;

3)AC输入电压监视如果AC输入电压太低,系统则停止操作;

4)短路检测与保护。

4实际应用与效果

一个实际的数字PFC升压预调节器电路如图10所示。在图10中,TDA8139的15V和5V输出,为UC3843和ST90E30提供工作电压。PFC升压变换器DC输出电压是400V,加载

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