APFC数字控制技术的研究

摘要

有源功率因数校正(Active Power Factor Cotrection，简称APFC)是电力电子技术的重要组成部分，已经在越来越多的领域得到应用。上世纪九十年代以来，有源功率因数校正越来越多的引起人们的关注。然而传统的模拟控制功率因数校正技术具有许多不可克服的缺点，随着数字控制技术的不断发展，APFC的数字控制成为研究的热点。 本论文主要总结了有源功率因数校正技术的发展及主要特点，从主电路的拓扑结构和控制方式分析了各类有源功率因数校正的方法和基本原理，阐明了数字控制APFC技术研究的必要性和重要性。分析和研究了数字控制Boost PFC电路的工作原理和关键技术，设计了一款基于Si8250的平均电流控制型的数字APFC变换器，该变换器应用了电压、电流双闭环控制和PID控制算法。 该APFC控制算法通过程序实现。系统软件由主程序和一个中断服务子程序构成，包含初始化模块、软启动模块、电压电流采样模块等，这些功能模块通过程序主体的控制连接，实现了一个完整的系统，使程序简洁、易读。可以在完全不改动硬件电路的情况下，对系统进行升级，满足不断变化的用户的需要，大大减少了产品更新换代的成本。同时数字控制还带来电路简单、抗干扰强、可靠性高、调试方便等优点。 最后通过仿真实验分析，证明了理论的正确性，并指出了该课题今后的研究方向。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1功率因数校正的研究背景及意义

1.2功率因数校正技术的发展与现状研究

1.3数字控制有源功率因数校正技术的发展

1.4本论文研究的主要内容

第2章功率因数校正技术

2.1功率因数

2.1.1功率因数的定义

2.1.2 AC-DC电路输入功率因数与谐波的关系

2.2无源功率因数校正技术

2.3有源功率因数校正技术

2.3.1有源功率因数校正的基本原理

2.3.2有源功率因数校正拓扑结构

2.3.3 APFC电路的级联结构

2.3.4有源功率因数校正电路的工作模式

2.3.5有源功率因数校正的主要控制方法

2.4本章小结

第3章有源功率因数校正主电路设计

3.1最大输入功率和电流

3.2高频输入电容的选取

3.3升压电感的设计

3.3.1电感量大小的计算

3.3.2磁芯的选择

3.3.3电感线圈匝数的计算

3.3.4导线线径的选取

3.3.5校核磁芯窗口面积

3.4输出电容

3.5功率开关管的选择

3.6功率二极管的选择

3.7功率因数校正电路小信号模型

3.8本章小结

第4章有源功率因数校正的控制电路设计

4.1 APFC控制芯片的选择

4.2基于Si8250的APFC控制原理

4.3辅助电源的设计

4.3.1单端反激开关电源原理

4.3.2单端反激开关电源的电路设计

4.3.3单端反激电源变压器的设计

4.4基于Si8250的APFC硬件电路

4.4.I EMI滤波器的设计

4.4.2 Si8250的电源设计

4.4.3电压电流信号的数据采集

4.4.4 Si8250的仿真器接口

4.4.5功率MOSFET的驱动

4.4.6 UART接口

4.5抗干扰措施

4.6本章小结

第5章APFC数字控制软件设计

5.1 PID控制原理

5.2电流控制环

5.3电压控制环

5.3.1 ADCI模块

5.3.2 DSP滤波器

5.4有源功率因数校正程序

5.5仿真分析

5.5.1 Boost功率因数校正器仿真电路

5.5.2有源功率因数校正稳态仿真

5.5.3有源功率因数校正动态仿真

5.5.4数字控制APFC电路仿真

5.6本章小结

结论

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

附 录