交错并联功率因数校正电路及其数字控制研究

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微电网系统是分布式发电的新型方案,它能够满足分散用户负荷需求,有效地提高能源利用率以及增加经济效益。随着应用实例的出现,微电网系统的概念逐步被人们所认可。在微电网系统AD/DC变换中,功率因数校正(PFC)装置对提高电能质量有重要作用,也得到了广泛的应用。微电网系统对PFC装置提出了可灵活控制以及能与系统其他装置联合工作的要求,但传统的模拟控制方案难于满足性能要求。随着数字控制技术的发展,功率因数校正的数字控制更具灵活性,能很好满足性能设计要求,同时避免了模拟方案中的维护升级成本高、器件老化带来误差等弊端。本课题针对中小功率应用场合,主要研究一种交错并联PFC电路的数字化控制。首先,本文详细介绍了两相交错并联Boost型PFC拓扑的工作模态并通过状态空间平均法对其进行了小信号数学建模,得到了相应的功率级传递函数,同时对比分析了单相Boost型PFC数学模型的异同。最后通过PSIM对其模型进行了验证。在此基础上,针对传统的乘法器控制以及新型的单周期控制两种算法进行了详细的分析研究,给出了模型的闭环控制框图以及环路设计的具体整定公式,并且讨论了数字实现时对同步采样部分的改良,然后通过了系统仿真验证了两种方法的有效性。为了验证数字控制的可行性,设计并制作了一个1kW的交错并联Boost型PFC装置的硬件平台,该硬件平台使用TMS320F28069作为核心数字控制器。文中给出了主电路核心器件的选型以及设计细节。基于该硬件平台,对单周期控制进行了详细的介绍,论述使用数字控制器实现时的数字化简化计算、同步采样等控制细节,也给出了核心的程序控制流程图以及实际使用的主要控制参数。最后通过实际调试测试,得到实验数据和波形,通过分析实测电路波形和对应的仿真波形,可以看出采用数字控制方法使交错并联Boost型PFC装置实现功率因数校正的功能,并获得了很好的控制效果。
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