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随着包含整流-滤波电路的开关电源的广泛应用,接入供电系统的这些设备会产生输入电流畸变。为了改善电网和输电线路的电力质量,使输入电流总谐波畸变(Total Harmonic Distortion,THD)满足要求,提高用电设备的功率因数(Power Factor,PF),开关电源中必须增加功率因数校正电路(Power Factor Correction,PFC)。传统的有源PFC控制器通常以模拟技术为主,而随着集成电路技术的发展,以数字信号处理器(Digtial Signal Processor,DSP)、单片机和现场可编程逻辑阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)等为代表的数字控制技术已经广泛应用于电力电子领域中。本文以研究结构简单、控制精确的数字式单相功率因数校正器控制方法为目的,提出了基于FPGA的PFC数字式控制的结构和实现方式。本文的主要研究成果如下:(1)深入研究了基于三角波的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)控制方法,提出了用于PFC控制的三角波PWM单周期数字控制实现策略。为避免传统的单周期数字控制PFC对数模转换器(Analog to Digital Converter,ADC)性能要求高、控制结构复杂、电感电流采样算法复杂等缺点,本文提出了利用三角波PWM直接获得电流平均值的方法,并利用简单的数字控制结构实现了单周期PFC控制。三角波PWM数字控制单周期功率因数校正器在电感电流连续导通模式(Continuous Conduction Mode,CCM)模式下具有控制电路结构简单、输出PF高、THD低、控制效果精确、易于数字实现等优点。(2)提出了基于等效输入导纳的PFC预测式数字控制方法。通过分析CCM下预测式PFC的控制原理,提出了基于等效输入导纳的电感电流不连续导通模式(Discontinuous Conduction Mode,DCM)修正系数Δ[n]。通过DCM系数Δ[n]修正采样电感电流iL,可以推出工作在CCM和DCM下的PFC预测式数字控制策略。通过对实验结果进行详细分析,证明了该数字控制器在对CCM控制策略简单修正后能够在CCM与DCM下均具有较低的THD和良好的PF。(3)提出了可频率切换调制(Switching Frequency Modulation,SFM)的PFC数字控制方法。为避免单周期数字控制PFC进入DCM,PFC可以在两种不同开关频率之间来回切换。给出了其内部有限状态机(Finite State Machine,FSM)的结构及可频率切换调制机理和调制方式。可切换频率调制策略可自动检测PFC的负载情况并切换或保持开关频率从而保证PFC一直保持工作在CCM下,使得PFC在轻负载下仍能保持高的PF和低的THD。(4)利用前沿三角波PWM或者后沿三角波PWM采集一个开关周期内电感电流平均值的采样技术,验证了所提出的PFC数字控制方法。此采样方法能够利用简单的电流检测电路和低速ADC在一个固定频率(开关频率)下直接获得输入平均电流。由于转换信号边沿控制的ADC采样时刻下降沿避开了功率开关管的开启、关断时刻电磁干扰(Electro-Magnetic Interference,EMI),保证了ADC获得采样值精确。直接通过采样电路获得的电感电流iL也使得控制电路的结构较简单,消耗数字控制器的硬件资源较少。论文中提出的三种PFC数字控制方法均利用了此电感电流平均值采样方案。实验证明,利用三角波PWM电感电流采样方法可以获得精确的电感电流平均值。搭建的系统样机和实验平台验证了本文所提出的PFC数字控制方法的有效性。