开关电源功率因数校正的DSP实现

数字控制，中断程序int2负责3个输入的采样及电流回路的PI控制，另一个中断程序int3负责电压回路的PI控制及陷波滤波。图4是主程序控制流程图，图5是采样周期图。其中int2的中断优先级高于int3，所以若int3没完成，而int2中断发生时，int3将悬挂直到int2中断程序运行结束才继续运行。因为电压回路的变化比较缓慢，所以一个周期的延时不会影响控制效果。设置比较控制寄存器，在T1下溢的时候写入新的比较值，结合通用定时器周期寄存器T1PR的值，产生新的占空比的PWM波，控制与之相连的开关管的动作。从图5中我们也可以注意到，int2的中断程序（包括3个采样和一个PI程序）必须在半个电流采样周期，即25μs之内完成。根据前面给出的DSP的性能指标，这个目标完全可以达到。

图4 主程序流程图

图5 采样周期图

另外，在实际应用中，采用的是积分分离的PI算法，把PI的输出值限定在一定的范围之内，避免使系统产生很大的超调量而引起系统振荡。还加入了软启动程序，在程序刚开始的时候逐步加大Vref的值，从而达到开关电源的软启动要求。

因为像Kp，Ki及滤波器系数等这些参数都是浮点数，而所用的是16位的芯片，所以用DSP实现以上算法，还需要解决浮点数和定点数之间相互转换的问题。可以用不同的Qn值来表达不同范围和精度的浮点数，其中n表示16位中小数点之后的位数。例如，Q0可表示－32768到32767的整数，而Q15可表达－1到0.9999695之间精度为1/32768的实数[2]。不同的Qn值之间需要经过移位，转换为相同的位数才能进行比较和加减运算。

5 实验结果

程序编译通过后，烧入片内flash，外加简单的外围电路，就可以进行实验验证了。我们采用的是Boost电路的拓扑结构，接电阻负载，输入电压220V,输出电压385V，得到的输入电压电流波形如图6所示。用功率表测得PFC电路的输入功率为545W，输出功率为513W,可以计算出PFC电路变换效率为94.1％。在相同测试条件下，用功率因数表测得的PFC电路的功率因数为0.983。图7所示的是软启过程。

图6 BOOSTPFC电路输入电压电流图

图7 软启动波形图

6 结语

本文探讨了开关电源功率因数调整的全数字实现方案，实验证明了该方案的可行性。目前，对开关整流器件采用DSP控制的研究开展的还不多，主要是由于相对于专用的集成芯片DSP的价格比较高昂，而且成熟的控制算法难以获得。然而，随着DSP芯片价格的不断降低和控制算法的研究不断深入，相信开关整流器件数字控制的时代很快就会到来。