基于频率滑动的Boost PFC混合导通模式数字控制器研究与设计

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为了提高从电网到用电器的能量转换效率,降低电网谐波造成的危害,功率因数校正(PFC)电路的应用是非常有必要的。升压型(Boost)拓扑作为目前应用最广的PFC拓扑,结合数字控制方式可以实现优异的功率因数校正效果。对于中功率等级的Boost PFC而言,断续导通模式(DCM)存在电感峰值过高的问题;连续导通模式(CCM)在低电流下的高频硬开关会造成较大损耗。本文在数字平均电流控制策略的基础上,针对Boost PFC提出了一种基于频率滑动的混合导通模式数字控制策略。通过基于参考电流的频率滑动策略,实现了低频DCM与高频CCM之间的平滑切换,并有效限制了CCM下的纹波率。导通模式的判断利用了电感电流峰值与参考电流的关系。在CCM下通过占空比运算控制导通时间,通过电感电流谷值的判断实现开关周期的刷新;在临界导通模式(CRM)和DCM下通过占空比运算控制导通时间,通过开关周期计算值和零电流检测共同实现开关周期的刷新。针对本文提出的数字控制策略,基于硬件描述语言和现场可编程逻辑门阵列完成了数字控制器的设计。定义了一种33位有符号定点小数表示法,其中包括1位符号位、20位整数位以及12位小数位。设计并优化了满足上述表示法的算数运算模块。在此基础上完成了信号采样与输出模块、数字PFC运算模块、数字脉宽调制模块以及保护模块的设计。所设计的数字控制器具有优良的可移植性。通过系统仿真与测试样机的实验验证了本文所提出的控制策略以及所设计的数字控制器的可行性与可靠性。样机实现了输出电压的稳定控制,在300 W功率下可以达到0.99的功率因数。
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