数字控制单相有源功率因数校正技术研究

摘要

近年来，随着开关电源、UPS等电力电子装置的大量和广泛应用，电网的谐波污染问题变得日益严重。为了抑制此类电力电子装置产生的谐波污染，世界各国制定了一系列的谐波限制标准。有源功率因数校正(Active Power FactorCorrection，APFC)技术以其良好的校正效果和稳定的控制性能，目前已成为电力电子装置中抑制谐波电流的重要措施。随着集成电子和数字控制技术的不断发展，以及人们对电力电子装置绿色化、智能化的不断追求，数字控制有源功率因数校正技术已逐渐成为功率因数校正领域中一个重要研究方向。
　　目前，APFC中常用的数字控制算法大多是从传统的模拟控制策略上移植过来的，即将模拟控制策略采用数字控制来实现。由于传统的模拟控制算法较为复杂，结果导致转化为数字控制时运算量比较大，对数字控制芯片的要求比较高，使得数字控制的优势不能得到充分发挥。针对PFC传统数字控制的这一不足，本文研究分析了一种新型简单的PFC预测控制算法，在基于Boost拓扑结构的数字PFC电路上获得了良好的校正效果。
　　论文首先介绍了功率因数校正的意义、概念及发展，总结了功率因数校正数字控制的优点；然后分析了有源功率因数校正的拓扑结构、工作模式和基本控制方法，在此基础上，介绍了PFC的新型预测控制算法，给出了其推导过程数字实现形式；接着在PFC小信号建模分析的基础上，对基于新型预测控制算法的BoostPFC电路的数字PI控制器进行了设计，并通过Matlab仿真工具对设计的控制器及新型控制算法进行了仿真验证；最后，在理论分析和仿真研究的基础上，设计制作了实验样机，编写了控制软件，对新型预测控制算法进行了实验研究。
　　仿真实验结果表明，PFC的新型预测控制算法具有良好的功率因数校正效果和较强的抗干扰性，相对传统控制算法更加简单实用。