一种新的基于DSP的数字功率因数校正控制战略

        在开关更改器的功率目教校正(PFC)控制器中，电流连续导通模式(CCM)的模仿实现要领以浅显、调理速率快、本钱低的特点得到遍及应用。随着数字信号处理惩罚器(DSP)速率的进步和代价的降落，基于DSP的数字功率目散校正 DPFC(Digital power Factor Correction)实现要领的研究越来越多。

        数字实现要领相比模仿实现要领有以下一些好处:(1)可实现较巨大的算法，可与其他控制器兼容，扩展性强；(2)较强的抗滋扰本领；(3)对器件参数及环境变的非线性变革不敏感。但由于DSP处理惩罚速率以及A/D转换等种种耽误时间的影响，DPFC的事变带宽仍有肯定的限定。若常用的CCM控制模式用40MHz的DSP来实现，则控制器输出事变频率可到达20KHz，50KHz较低的事变频率无法进一步低落电感值，因而低落了高频事变上的开关电源所具有的上风。

        预测技能及无差拍控制技能DBC（Dead Beat Con-trol)在DPFC中的应用[6]，可进步DPFC的上作带宽，其根本控制头脑是基于预测，而不是反馈。DBC是一种全部字化的控制技能．它将输出参数波形等隔断地分别为多少个取样周期，根据电路在每一 取样周期的肇始值预测某电路变量在取样周期末端时的值，并调解每一取`样周期内方波脉冲的宽度，使预测值与参考值同等．就能得到必要的控制输出。

        其好处是动态相应快，易于用谋略机实行。但无差拍控制对体系参数依赖性较大，其控制精度依赖于体系模型的正确虚。文献[7]中基于PDB算法参加了输入电压前馈补偿及输出电压反馈，但需参加两个A/D转换器，这使电路实现的巨大性增长．本文提出一种新的DPFC的控制战略，只对电感电流隔周期采样，得到输入电压Vin．及输出电压Vo的估算值，用于调理预测算法中的参考值，实现输入电压前馈补偿和输出电压调解的成果。电流环则采取PDB控制技能实现．可进步事变带宽。

        1 PDB控制技能

        传统APFC模仿实现要领通过采样电流和电压信号得到反馈信号，调理输出PWM占空比，可以事变于很高的事变频率．其事变频率的限定重要来自于器件的打开和关断时间。而对付 DPFC实现要领，反馈信号的采样、A/D转换、谋略处理惩罚等必要占用很永劫间，且占空比只能在下一个周期开始更新。如许DPFC有两个缺点．一个是反馈信号有耽误，不克不及及时对输出举行调理；另一个是限定了 PWM输出带宽。

        PDB技能是进步DPFC 事变带宽的一种常用要领。PDB电感电流谷值控制的根本头脑是根据前一个周期的信息以及已知参考值举行预测得到输出占空比，无需电流反馈，因此电流环可事变于很高的频率。下面大略先容其事变原理。

        对付Boost型布局更改器．设第k个周期由（K-1）Ts开始到KT结束，占空比为dk,KTs:时候的电感电流为 ?L(K)。?L(k)。可由上个周期的电感电流?L(k-1)及输入输出电压表现为：

        如图l所示，若占空dk每两个周期更新一次，则可由式(1)得到第二个周期电感电流为式(2)．若将其推广到(K+m)个周期，则电感电流由式(3)得到；若在第K+m周期的终值便是设置的电流参考值．即iL(k+m)=iref(K), 则由式(3)可得到占空比为式(4)。此中，Vin为第K个周期到K+m个周期的Vin的均值

图1 PDB要领谋略占空比  
 
 

       由式(4)可知．占空比可由目标参考值以及前面已知的信息举行推测，使当前周期电感电流的谷值与目标值相称，但该算法的正确度依赖于布局模型的正确度。文献[7]在模型中参加了电感电阻RL、输出二极管电压VD、输出电压纹波Vripple、功率器件导通电阻Ron等器件寄生参数，使预测占比的调理更靠近抱负环境。

       2 新DPFc实现要领的事变原理

       以上阐发的PDB算法，其占空比不依赖于瞬态事变点，电压信息可由内部设置或参加前馈电压补偿以举行功率调理，从而使DPFC事变在很宽的输入电压范畴。输入电压前馈以及输出电压反馈构成的电压环虽不请求很高的采样和处理惩罚速率．但仍必要两组A/D转换器[7]占用资源。车文提出一种新的要领，只通过检测电感电流和隔周期采样，再举行A/D转换，便可得到Vin、Vo的电压信息。

       2.1 Vin、Vo信息提取的要领

       假设PWM事变于很高的频率(?s=100kHz)，且输出电容很大，则可假设相邻两个周期Vin相称、Vo相称。图2为电感电流事变在稳态下的表示图。t1和t2为第一个周期的采样点，分别用于谋略输入电压Vin和输出电压Vo。设采样时间为tsim=lυs,则 第二个周期采样点为t1+Ts+△t,△t可根据A／D转换器的辨别率决定，且△t≥tsm;第二个周期的另一个采样点为t2十Ts+△t，依此类推。根据两个周期的采样值，可得到Vin、Vo分别为:

        以上每个周期得到一个Vin、Vo 的雷同值，电压的采样频率为50kHz，远高出电压环的带宽请求．但对电流采样的请求过高，为200kHz。下面以此为底子先容一种得到Vin、Vo信息的实用要领。

        图3为该要领的采样表示图，对付电感电流采样得到的Vin信息，可在第1个周期的t1临时候和第3 上周期的t1+2Ts+△t时候举行采样．得到Vin雷同值，再在第5个周期根据前面得的Vin雷同值Vinl由式(6)举行线性外推，得到Vin2;对付Vo的谋略，可在第5个周期的t2时候以登科7个周期t2+2TS+△t时候对电感电流举行采样，则Vo为：

       以后从第9个周期循环，重新采样并谋略Vin、Vo的值。

        若每40个周期对电压取一次均值，则电压信息的更新频率为2.5kHz．完全餍足电压环的带宽请求(5Hz～20Hz由于Vin的频率为100Hz，用在每个周期内可得到的Vin均值,与内置的正弦波查找表相比较，在Vin过零时更新查找表幅值，到达电压前馈补偿的目标。

        2.2 采样点的选取

        下面阐发采样时候t1及t2应选取何种条件，才会淘汰由于开关举措噪声的存在而引起的控制偏差。慢开关举措引起的噪声时间为tosc，则t1和t2应餍足：

        由式(10)知．dTS大于噪声时间，但是在Vin较高、负载较轻时，占空比非常小，此时可采取文献[8]中的要领,用国一介切合条件的采样点t1′时候的值推算必要的t1时候的值。同理在占空比很大时，用另一个采样点t2′的值推算t2的值,以此避开由于采样开关举措引入噪声百导致的偏差。

        2.3 DPFC算法实现

        由以上阐发的Vin、Vo信息提取要领与PDB算法相连合，可实现有前馈补偿以及很宽事变范畴的DPFC。

        图4为DPFC控制器电路布局框图，采样电感电流经A/D转换后，得到Vin、Vo信息，Vin信息100Hz更新内置的正弦查找表。Vo信息Vin相比较得的偏差电压调理电流参考iref的幅值．再通过PDB算法，求出占空比d值，到达功率因数校正的目标。

图4 简化的DPFC控制器电路实现框图

        软件算法如图5所示，初始参数的设置及更新由?L采样、A/D转换及Vin、Vo的推导算法决定，更新频率可与电压环的带宽请求同等。因此，对A／D更改器的速率请求不高，整个算法的实现可分为：（1)?L采样；(2）A/D转换；(3)谋略Vin;(4)外推vin;(5)谋略Vo；(6)输出电压反馈的关键；(7)更新初始参数；(8)PDB谋略d：(9)PWN输出。而以上斲丧的时间重要来自于A/D转换、PDB谋略两个部分。

图5 基于PDB的DPFC算法实现表示图

        DPC控制器可实现巨大算法且有较高的稳固性，尤其是随着IC的生长，其本钱有所低落，应用也随之增长。但由于算法实现及运算进程带来的耽误而使其事变带宽受到限定。

        PDB技能在DPFC中的应用可大大进步其事变带宽。本文提出的控制战略基于PDB控制 算法，由电感电流的变革得到输入及输出信息，从而可 举行输入前馈补偿及输出电压的调理。应用此要领节 约了DSP资源，且电路实现简便，可事变于很宽的输入 电压范畴。该要领亦可进一步推广于其他开关功率更改器中。