基于单周期控制的数字化功率因数校正器的研究

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提高功率因数是解决电力电子装置谐波污染,提高电网可靠性和电能质量的有效途径。以乘法器为核心的功率因数校正技术存在控制电路复杂、设计步骤繁琐、所需元器件多、体积大而且成本高的缺点,而单周期控制技术可以减少PFC电路的复杂性,缩短设计周期,有效的节约成本,是一种值得研究、探讨和推广的技术。  随着对开关频率的要求越来越高,FPGA用于开关电源的数字化控制有以下优势:FPGA采用并行运算模式,因此处理速度快;低功率损耗;可以将控制算法集成在一片FPGA芯片上,实现基于IC层面的设计。本文的主要研究内容包括:  (1)分析单周期控制应用在Boost单相功率因数校正中的原理,归纳出单周期控制Boost PFC电路的原理框图;总结其工作原理和方式,并与乘法器控制下的Boost单相功率因数校正进行对比,归结出两种PFC控制方式的优缺点;对两种PFC校正方式分别用Saber进行原理上的仿真,分析和比较仿真结果。  (2)对Boost PFC电路进行硬件平台的设计,包括主功率电路元件参数的设计、电压转换电路的设计、检测电路以及驱动电路结构的设计等。  (3)在建立单相Boost功率级大信号和小信号模型的基础上,分析和推导数字化单周期控制系统中电压环各部分传递函数,从而计算和调节电压环PI控制器的参数,并选择合适的算法实现数字化PI控制器。  (4)分析和设计基于FPGA的数字化PFC控制器的实现方式,对各个模块进行设计,包括AD转换采样控制器、数字化PI控制器、加法器以及PWM模块,通过仿真和实验结果的正确性说明低端的FPGA应用在数字化电源的控制上是完全可以实现的。  本文的研究内容对FPGA在PFC领域中的更深入的研究和应用具有一定的理论和实际意义。
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