基于Saber的Boost APFC仿真分析及DSP实现

摘要

随着各种电力电子装置在电力系统、工业及家庭中的广泛应用，保护电网安全和低污染地利用电能资源成为日益关注的问题。为减少对交流电网的谐波污染，国内外推出了一系列限制电流谐波的标准，如IEC61000-3-2标准，要求交流输入电源必须降低电流谐波含量，提高功率因数。因此，功率因数校正（Power Factor Correction，PFC）作为解决该问题的重要途径，成为学术界的关注点。随着集成电路的发展和数字控制技术的不断成熟，数字控制技术与功率因数校正技术的结合逐渐成为电力电子领域的热点研究方向。 文本在对功率因数校正技术中的功率拓扑结构和控制方法进行分析的基础上，根据设计要求采用Boost功率拓扑结构和平均电流模式的控制方法设计PFC数字控制器。通过功率因数校正的系统仿真工作，验证控制方法的可行性。最后基于DSP对该系统进行实现，得到输入电流接近正弦、功率因数接近单位1、低电流谐波的满意实验结果。 本文首先介绍了PFC基本控制原理，引入了几种功率拓扑结构和控制策略，阐述了它们的优缺点。在此基础上，本文采用基于乘法器的电流环和电压环的双闭环控制结构，控制算法采用PI模式，并且对输入电流在过零点处的跨越失真进行零点补偿。设计中，建立工作在平均电流模式下的Boost电路的小信号数学模型，分别得出被控变量的传递函数，从而确定电流控制环和电压控制环的开环传递函数，为双闭环控制系统中的PI调节器确定调节参数。应用Saber软件对该系统进行一系列的仿真分析和优化，验证了设计的正确性和实验的可行性。最后，对该系统进行实验。硬件设计部分包括功率电路元器件参数、驱动电路和采样电路，控制设计部分采用TMS320F2812的DSP芯片作为控制平台开发控制器，实现PI控制环节、采样算法环节、软启动环节和电压前馈环节的功能。于是，完成了一个PFC数字控制实验装置，并通过实验获得了较好的实验波形。 实验结果证实了理论分析的正确性和控制方案的可行性，取得了预期的效果。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1功率因数校正技术的研究进展

1.2功率因数校正技术的分类

1.2.1无源功率因数校正技术

1.2.2有源功率因数校正技术

1.3论文的选题背景、目的、意义

1.4本文所做的主要工作

第二章功率因数校正的功率拓扑结构及其控制方法

2.1介绍有源功率因数校正

2.1.1功率因数的定义和与谐波的数学关系

2.1.2功率因数校止的基本原理

2.2功率因数校正的几种功率拓扑结构

2.2.1降压型

2.2.2升压型

2.2.3降／升压型

2.2.4 Cuk型

2.3功率因数校正控制方案

2.3.1 DCM控制模式

2.3.2 CCM控制模式

2.4本章小结

第三章APFC系统分析、设计和仿真

3.1 Boost升压变换器

3.1.1工作原理和相关波形

3.1.2 Boost电路重要参数数学关系式

3.2基于Saber的电路仿真

3.2.1 Boost电路中被控对象数学模型的推导及仿真模型的建立

3.2.2控制电路的分析与设计

3.2.3系统仿真结果及优化

3.3本章小结

第四章基于DSP的实现部分

4.1硬件部分设计

4.1.1主功率电路参数设计及元器件选择

4.1.2驱动电路设计

4.1.3采样电路设计

4.1.4 DSP控制器介绍

4.2 PI控制器设计

4.2.1采样保持延迟

4.2.2电流控制环离散形式PI参数的确定

4.2.3电压控制环离散形式PI参数的确定

4.3软件部分设计

4.3.1开关频率与采样频率的问题

4.3.2采样算法

4.3.3系统的软件设计

4.4实验结果

4.5本章小结

第五章总结与展望

5.1总结

5.2展望

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果