用DSP实现高功率因数PWM整流器的控制

，由于从电网输入的电压信号往往不是纯正弦波，为此，必须对其进行滤波才能准确检测电网输入电压的相位，滤波器包括低通滤波器、高通滤波器两部分。运放U11A及外围阻容网络组成二阶低通滤波器。该低通滤波器可以滤去电网输入信号中的高次谐波，使波形得到改善，但是又使相位产生了滞后，因此又引入高通滤波器进行补偿。U11B及其外围阻容网络组成二阶高通滤波器。从电路中可以看出，该高通、低通滤波器拓扑结构完全相同，而且阻容对称分布，只要各个参数选择适当，高通滤波器超前的相位就正好可以抵消低通滤波器滞后的相位，结果经两次滤波后，不但滤去了谐波，波形接近正弦，而且没有相位移。滤波以后再经过过零回差电路，得出与电网输入信号完全同步的方波信号,电路如图6所示。

图6 交流输入电压信号的滤波与同步

另外，对输入电压值检测的不是电压瞬时值而是有效值，因而采用了图7所示的精密整流电路将滤波后的电压信号转换成对应的直流值。

图7 电压信号转换成对应的直流值电路原理

CPU及其外围电路主要有时钟电路，复位电路等。此外，为了调试的方便，本系统还扩展了一片16位RAM芯片来作为程序存储器。驱动电路起到提高脉冲的驱动能力和隔离的作用。保护逻辑电路则保证当发生故障时，系统能从硬件上直接封锁输出脉冲信号。

5 控制系统的软件设计

本文中的控制系统软件主要包括以下几部分：

1）主程序 主要完成系统的初始化和对系统中各个输入量的循环检测；
2）电流处理子程序 主要完成控制系统中电流控制环的数据处理；
3）电压处理子程序 主要完成控制系统中电压控制环的数据处理；
4）同步中断子程序 以同步信号为中断源，置同步标志，使整个控制系统的软件运行节奏与电网电压保持一致；
5）定时器中断子程序 这是整个程序中最核心的部分，根据各部分运算结果生成所需的PWM波。

软件流程图如图8、9、10所示。

图8 主程序流程图

图9 同步中断子程序

图10 电流、电压处理子程序

6 实验结果

采用上述的方案，本文在实验室中搭建了一个小功率的实验装置，其各部分参数如下：

输入电压 交流170V
输出电压 直流300V
输出功率 360W
各部分波形如图11、12所示。

图11 交流输入电压及电流波形

图12 输出直流电压和输入电流波形

7 结语

PWM整流器是一种新型的电源变流器，能使输入的功率因数接近为1。本文采用电流追踪型控制方法，设计了以高性能的DSP芯片TMS320F240为核心的数字控制系统，并进行了小功率的实验。最后，通过实验证明该控制系统具有控制灵活，精度高，同时动态响应好，所受干扰小等优点。