数字控制有源功率因数校正器的设计(重要)
功率因数校正控制方案
功率因数校正方案方案一：采用数字控制方案：采用MCU （微控制单元）或DSP（数字信号处理）通过编程控制完成系统的功率因数校正。
，MCU 时刻检测输入电压、输入电流以及输出电压的值，在程序中经过一定的算法后输出PWM 控制信号，经过隔离和驱动控制开关管，从而提高输入端的功率因数。
采用数字控制的优点是通过软件调整控制参数，使系统调试方便，减少了元器件的数量。
缺点是软件编程困难，采样算法复杂，计算量大，难以达到很高的采样频率，此外还要注意控制器和主电路的隔离和驱动。
方案二：采用模拟控制方案：采用专用PFC（功率因数校正）控制芯片来完成系统功率因数的校正。
整流后的线电压与误差放大器处理的输出电压相乘，建立电流的参考信号，该参考信号就具有输入电压的波形，同时也具有输出电压的平均幅值。
因此在电流反馈信号的作用下，误差放大器控制的PWM 信号基本变化规律是成正弦规律变化的，于是得到一个正弦变化的平均电流，其相位与输入电压相同，达到功率因数校正的目的。
该方案的优点是，使用专用IC 芯片，简单直接，无需软件编程。
缺点是电路调试麻烦，易受噪声干扰。
模拟PFC 控制是当前的工业选择，且技术成熟，成本低，使用方便。
通过比较，系统选用方案二，采用TI 公司专用PFC 控制芯片UCC28019 来完成功率因数的校正。
方案一：LC校正电路根据电感电流不能突变的原理，整流后采用LCC滤波电路,可在一定程度上提高功率因素PF，一般可达0.8～0.9。
优点是电路简单、可靠性高、成本低、EMI（电磁干扰）小；缺点是体积大、重量重，电感损耗较大，PF很难接近1。
方案二：填谷式PF校正电路使用电容C1～C2及二极管D5～D7构成填谷式滤波电路，扩展了整流二极管电流波形导通角θ，二极管D6后可串联浪涌电流限制电阻R，可将PF提高到0.8～0.9之间。
该电路优点：体积略小于LC校正电路，可靠性高，EMI小，PF也容易达到0.85以上；缺点是输出功率小，只能用在输出功率小于25W的AC-DC变换器中，损耗相对较大，输入电压允许变化范围小，一般不超过15%。
数字控制PFC中3路8bits时分复用SAR ADC的设计
3数字控制的功率因数校正(PFC,Power Factor Correction)器以其可编程性、对噪声的鲁棒性、对参数变化的低敏感性等优点被越来越广泛的选择[1]。
模数转换器(ADC,Analog-to-Digital Converter)是数字控制PFC整流器中一个重要的组成部分,它负责对整流器的反馈信号进行采样,并将其提供给数字补偿器[2]。
相比于高的采样速度的流水线型ADC和高分辨率Σ-Δ型ADC,逐次逼近型(SAR,Successive Approximation Register) ADC 具有低功耗、低成本和小的芯片面积,这使得它成为超大规模集成电路设计中一个有竞争力的选则[3]。
常规数字P FC整流器由于需要多个ADC对不同模拟量进行处理,使得成本较高。
本文采用时分复用技术,只引入一个SA RADC,来优化优化PFC芯片面积。
1 时分复用SAR ADC图1是时分复用SAR ADC的结构图,包含DAC、比较器和一个数字逻辑电路。
其中DAC的电容也作为采样保持电容。
在逐次逼近过程采用二进制搜索算法以获得最佳数字值。
模拟信号的采样值与DAC所产生不同的参考电压相比,比较的结果将决定DAC下一个输出的反转。
当DAC的输出与采样信号相匹配,可以得到最佳的数字值。
整个过程由数字控制逻辑电路来完成[3,4]。
1.1 DAC和采样保持电路电荷再分配法是DAC中经常采用的方法,因为它的电容阵列同时可用作采样保持电容,这样可以降低功耗[4,5]。
一个典型的8bits并联电容阵列如图2所示,它包含二进制加权电容、开关和一个比较器。
其转换过程可分为三个阶段。
第一阶段是采样阶段,这期间所有电容的上极板被连接到V cm ,下极板连接到输入电压V in ,开关SP1和SPD关闭来采样V in 和共模电压V cm 。
第二级是保持级,在此期间关闭上板开关,下板连接到地。
从采样阶段到保持阶段,电容上极板不释放电荷,因此电荷保持守恒,即Q s =Q H 。
功率因数校正的数字控制技术应用研究
（ ．Ａｅ ｏ Ｐ ｗｅ ｃ— ｃ ｅ ｔｒ １ ｒ — ｏ ｒＳ ｉＴｅ ｈ Ｃ ｎｅ ，Ｎａ ｊ ｇ Ｕｎｖ ｒ ｉ ｆＡｅｏ ａ ｔｃ ｎｉ ｉｅ ｓｔ ｏ ｒ ｎ ｕ ｉｓ＆ Ａｓ ｒｎ ｕ ｉｓ １ ０ ，Ｃｈｎ ； ｎ ｙ ｔｏ ａ ｔ ，２ １ ｃ ０ ６ ｉａ ２ ／ ＢｔＰ ｏ ｕ ｔ ｖｓｏ ．８ １ ｉ ｒ ｄ ｃｓＤｉｉｉｎ，Ｆ ｅ ｓａｅＳ ｍｉｏ ｄ ｃｏ ｎ ．Ｔｅ ｅ，Ａｒｚ ｎ ６ ｒ ｅｃ ｌ ｅ ｃ ｎ ｕ ｔ ｒＩ ｃ ｍｐ ｉｏ ａ，８ ２ ４ ５ ８ ，ＵＳ Ａ）
Ａｂ ｔａ ｔ Ｄｉ ｉａ ｉ ｎ ｌｐ ｏ ｅ ｓ ｒ（ Ｐ）ｃ ｎ ｒ ｌ ｄ ｐ ｗｅ ｕ ｐ ｙ ｈ ｓ ｍ ａ ｙ ａ ｖ ｎ ａ ｅ ｖ ｒ ａ ａ ｏ ｏ — ｓ ｒ ｃ ： ｇ ｔ ｌ ｇ ａ ｒ ｃ ｓ ｏ ＤＳ ｓ ｏ ｔ ｏ ｌ ｏ ｒｓ ｐ ｌ ａ ｎ ｄ ａ ｔ ｇ ｓ ｏ ｅ ｎ ｌ ｇ ｃ ｎ ｅ
ｃ ｒ ｅ ｔ ｇ （ ＦＣ）ｉ ｎ ｆ ｔ ｅ ｍｏ ｔ ｉ ｐ ｒ ａ ｔａ ｐ ｉ ａ ｉ ｎ ｎ ｐ ｗｅ ｌｃ ｒ ｎ ｃ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ． Ｔｈ ｒ ｒ ｏ ｒ ｃｉ ｎ Ｐ ｓ ｏ ｅ ｏ ｈ ｓ ｍ ｏ ｔ ｎ ｐ ｌ ｔ ｓ ｉ ｏ ｒ ｅ ｅ ｔ ｏ ｉ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｃ ｏ ｅ ｅａ ｅ
摘 要 ： 单 管 Ｂ ｏｔ型 Ｐ Ｃ 电路 作 为 研 究对 象 ， 别 针 对 电流 断 续 、 以 ｏｓ Ｆ 分 电流 临 界 连 续 和 电 流连 续 ３种 工 作模 态 ， 详 细讨 论 了数 字控 制 Ｐ Ｃ 的 实现 方 法 和 设 计 过程 ， 分 别 给 出 了样 机 实验 结 果 ； 外 ， 合 Ｍｃ５Ｆ Ｏ ３的 外 设 资 Ｆ 并 此 结 ６ ８１ 源特 点 ， 出 了基 于 Ｄ Ｐ 的 Ｐ Ｃ 详 细 的 系统 接 口设 计 ， 给 Ｓ Ｆ 包括 Ｐ Ｍ 控 制 策 略 和 同步控 制 ＡＤ 采 样 环 节 。对 Ｐ Ｃ Ｗ Ｆ 的数 字控 制 方 案进 行 了 系统 研 究 ， 供 了 不 同 工 作 模 式 下 的 完 整 数 字控 制 解 决 方 案 ， 功 率 因数 的数 字控 制 技 提 为 术应 用提 供 了较 好 的 参 考 作 用 。 关 键 词 ： 字信 号 处理 ； 率 因数 校 正 ； 字控 制 ； Ｉ 制 数 功 数 Ｐ控 中图 分 类 号 ： Ｍ ８ ； Ｐ ７ ； Ｐ ６． Ｔ ６ Ｔ ２ ３Ｔ ３ ８ １ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ５２ １ （０ ７ ０— １４０ １０ —６ ５ ２ ０ ）２０ ６ —７
数字控制pfc电路的建模与环路设计
数字控制PFC（Power Factor Correction）电路是一种用于提高电源系统功率因数的技术。
在这篇文章中，我将深入探讨数字控制PFC电路的建模与环路设计，并共享我对这一主题的个人观点和理解。
一、数字控制PFC电路的重要性在现代电力系统中，高功率因数对于提高能源利用率和减少能源浪费至关重要。
数字控制PFC电路能够有效地改善电力系统中的功率因数，减少谐波失真，并提高系统的稳定性和效率。
对数字控制PFC电路的建模与环路设计是至关重要的。
二、数字控制PFC电路的建模1. 理想模型与实际模型在建模数字控制PFC电路时，我们首先需要区分理想模型和实际模型。
理想模型可以帮助我们更好地理解数字控制PFC电路的基本工作原理，而实际模型则需要考虑诸如元件损耗、非线性特性以及环境变化等因素的影响。
2. 建立数学模型建立数字控制PFC电路的数学模型是非常复杂的，需要考虑电压、电流、功率因数等多个因素的相互作用。
通过数学模型，我们可以对数字控制PFC电路的动态响应和稳定性进行分析，并进一步优化控制策略。
三、数字控制PFC电路的环路设计1. 电流环路设计电流环路是数字控制PFC电路中最关键的部分之一，它直接影响着输出电压的稳定性和谐波失真的程度。
在电流环路设计中，需要考虑电流控制技术、采样频率、滤波器设计等因素，以实现精确的电流控制和减小谐波失真。
2. 电压环路设计电压环路在数字控制PFC电路中起着监测和调节输出电压的作用。
通过合理的电压环路设计，可以实现快速的电压动态响应和稳定的输出电压。
四、个人观点和理解数字控制PFC电路的建模与环路设计是一项极具挑战性的工作，需要综合考虑电力电子、控制理论和数学建模等多个领域的知识。
对于我来说，深入研究数字控制PFC电路的建模与环路设计不仅可以拓展我的专业知识，还能够帮助我更好地理解和应用电力电子技术。
总结通过本文对数字控制PFC电路的建模与环路设计的探讨，我们可以清晰地了解数字控制PFC电路的重要性、建模方法、环路设计原则以及个人观点和理解。
电子电路中的功率因数校正方法
电子电路中的功率因数校正方法在电力系统中，功率因数是衡量负载的有效功率与视在功率之比的指标，它的大小直接影响到电路的效率和能耗。
功率因数过低不仅会造成能源的浪费，还会导致电网负荷过大，甚至影响到电力设备的正常运行。
因此，为了提高电子电路的效率和减少能源浪费，我们需要采取合适的功率因数校正方法。
一、有源功率因数校正方法有源功率因数校正是通过引入功率因数校正装置来改善功率因数的方法。
这种方法主要利用电容器、电感器等能够主动吸收或释放无功功率的器件，在电路中实现无功功率的补偿，从而提高功率因数。
电容器校正法是一种常见的有源功率因数校正方法。
通过并联连接电容器，可以补偿电路中的无功功率，并提高功率因数。
电容器校正法具有动态响应快、控制简单、成本较低等优势，广泛应用于各种电子设备和家居电器中。
二、无源功率因数校正方法无源功率因数校正是通过改变电路的拓扑结构和元器件的参数来实现功率因数的校正。
这种方法通常不需要外部能量源，适用于一些不便于引入有源装置的场合。
改变电路拓扑结构是一种常见的无源功率因数校正方法。
通过重新设计电路的连接方式，可以改变电路的功率因数。
比如，将并联电容器改为串联电容器，或者将串联电感器改为并联电感器，都可以改善功率因数。
改变元器件参数也是一种常用的无源功率因数校正方法。
比如，通过改变电容器的容值或电感器的感值，可以调整电路的无功功率，从而改善功率因数。
这种方法需要根据实际电路的负载情况和功率因数要求进行参数匹配，以达到最佳校正效果。
三、主动功率因数校正方法主动功率因数校正是一种较为高级的功率因数校正方法，它通过监测电路的功率因数，再由控制器控制相关装置实现校正。
这种方法具有较强的自动化和智能化特点，能够实时监测和调整功率因数，保持电路的最佳工作状态。
主动功率因数校正方法通常采用微处理器或数字信号处理器作为控制器，并配合电容器、电感器等装置进行校正。
控制器根据电路的负载变化和功率因数需求，计算出所需的校正量，并控制装置的工作状态和参数，实现功率因数的校正。
新型控制策略的数字有源功率因数校正的实现
中 图 分 类 号 ：Ｍ７４３ Ｔ １． 文 献标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ０ １０ ２ １ ）２ ０ ５ — ２ １０ — ０ Ｘ（０ ００ — ０ ６ ０
Ｉ ｐ ｅ ｅ ａｔｏ ｆａ Ｎｏ ｅ ｇ ｔ ｌＡｃ ｉ ｅ Ｐｏ ｒ Ｆａ ｔ ｒ Ｃｏ ｒ ｃ ｉ ｎ ｍ ｌ ｍ ｎｔ ｉ ｎ ｏ ｖ ｌＤｉ ｉａ ｔｖ ｗｅ ｃ ｏ ｒ ｅ ｔｏ ｗｉｈ Ｎｅ Ｃｏ ｒ ｌＰｒｎ ｉ ｅ ｔ ｗ ｎｔ ｏ ｉ ｃ ｐｌ
方法无需检测输入 电压 ， 在对采用该方法 的单相 Ａ Ｆ Ｐ Ｃ进行全面仿真后 ， 采用 Ｔ ３ ０ ２ ０ ＭＳ ２ Ｆ ８ １型 Ｄ Ｐ为核心的控制器 Ｓ 完成 了实验研究 ， 小输入 电流甚至低于 ０５ 最 大输入 电流接近 ４ 最 ．Ａ， ０Ａ， 明该方法具有概念清晰 、 正效 果好 、 证 校 无 需输入电压检测 、 支持更小和更高功率范围等优 点， 非常适合数字化实现 。 关键词 ： 功率因数校正 ：占空 比： 输入 电压检测
摘要 ： 单相有源功率 因数校正 （ Ｐ Ｃ 技术呈现 出由模拟控制 向数字控制的发展趋势 ， 高性 能、 ＡＦ） 使 大功率输出和进一
步 降 低 成 本成 为 可 能 。 据 单 相 Ａ Ｆ 根 Ｐ Ｃ输 入 电 压 与输 出 电压 的 关 系 ， 导 出一 种 功 率 开 关 占 空 比 的直 接 确 定 方法 。 推 该
有源功率因数校正功率因数的定义功率因数PF定义为功率因数
有源功率因数校正、功率因数的定义功率因数PF 定义为： 功率因数（PF ）是指交流输入有功功率（P ）与输入视 在功率（S ）的比值PF = P =U L11 coscos = cos '■UL 1 R 1R式中::基波因数，即基波电流有效值I i 与电网电流有效值I R 之比。
I R：电网电流有效值I仁基波电流有效值U L ：电网电压有效值 cos①：基波电流与基波电压的位移因数在线性电路中，无谐波电流，电网电流有效值 I R 与基波电流有效值I 1相等， 基波因数 =1，所以PF = • cos ①二1 • cos ①二cos ①。
当线性电路且为纯电 阻性负载时，PF = • cos ①二1 • 1 = 1。
二、有源功率因数校正技术1 •有源功率因数校正分类（1）按电路结构分为：降压式、升/降压式、反激式、升压式（boost ）。
其中升压式为简单电流型控制，PF 值高，总谐波失真（THD : Total HarmonicDistortion ）小，效率高，适用于75W~2000W 功率范围的应用场合，应用最为广 泛。
它具有以下优点：电路中的电感L 适用于电流型控制由于升压型APFC 的预调整作用在输出电容器 C 上保持高电压，所以电 容器C 体积小、储能大在整个交流输入电压变化范围内能保持很高的功率因数 输入电流连续，并且在APFC 开关瞬间输入电流小，易于 EMI 滤波 升压电感L 能阻止快速的电压、电流瞬变，提高了电路工作可靠性(1)（2）按输入电流的控制原理分为：平均电流型（工作频率固定，输入电流连续)、滞后电流型、峰值电流型、电压控制型(a)平均电流型图1输入电流波形图其中平均电流型的主要有点如下：恒频控制工作在电感电流连续状态，开关管电流有效值小、EMI滤波器体积小。
能抑制开关噪声输入电流波形失真小主要缺点是：控制电路复杂需用乘法器和除法器需检测电感电流需电流控制环路♦跟踪饯差小•瞬态特性好♦对噪声不敏憋 ♦开关频率固定 • THD/h • EMI 小♦需检測电感电流和乘法器， 控制结构复杂♦二极管反向恢复问题UC3854ABEMI :电磁干扰(Electromagnetic-interference )(3) 按输入电流的工作模式分为：连续导通模式CCM(ContinuousConductionMode)和不连续导通模式 DCM(Disco nti nu ous Con duction Mode)。
基于数字化技术的功率因数校正变流器的设计和实验研究
（ ｅ ．ｏ Ｅｅｔ ｎｃＥ ｇ ｅｒ ｇｏ ｈ ｎｈ ｎＩｓｔｔ ｏ ｆ ｍ ｔ ｎＴ ｃ ｎ ｌ ｙ Ｄ ｐ ｆ ｌｃ ｏ ｉ ｎｉ ｅｉ ｆＳ ｅ ｚｅ ｎｔｕｅ ｆＩ ｏ ａｉ ｅｈ ｏ ｇ ， ｒ ｎ ｎ ｉ ｎｒ ｏ ｏ
Ｓ ｅ ｚ ｅ ｕ ｎ ｄ ｎ ８ ２ ｈ ｎ ｈ ｎ Ｇ ａ ｇ ｏ ｇ５ ９、Ｃ ｉａ １０ ｈｎ ）
２ 预 测控 制 与传 统 的数 字控 制方 法的 比较
有源功率 因数校正 变流器 的主 电路如 图 １ 所示 。 传统 的数 字 控 制 Ｐ Ｃ一 般采 用平 均 电流控 制 方式 。 Ｆ
以及 易受 环境 （ 电磁噪 声 ，工 作环境 度 等 ） 干扰 如 等 因素都会影 响控 制系统 的长期稳 定性 。 。虽然一 些专 用模 拟控制集成芯片大大简化 了控制 系统 ，但其 控 制环路中的反馈 控制 网络仍需外接大量 的电阻电容 等模拟器件 。这些 元器件的误 差及元器件老化等 问题 会直接影 响控制 环路的性能 。此外 ，专用模拟控制集 成芯 片的控制仍不够灵活 ，要实现复杂 、先进 的控制 算法很 困难 ，且对 于每一个采用模拟控制 的功率变换 装置 ，其控制 系统都需要 专 门的设计 。在不改变硬件 的条件下 ，功率变 换器想升 级换 代是 几乎 不可 能的 。 因此 ，随着 电力 电子技术及 其 控制技 术 的不 断发 展 ， 模拟控制 的局 限性已经越 来越明显 。由于数字芯片强 大 的运算 能力 ，使很多 复杂的、先进 的控制理论如模
ｅ ｐ ｒｍ ｅ ｔｌｒ ｓ ｔｗａ ｅ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｅ ｕｌ ｓ ｏｖ ｎ．
Ｋｅ ｗｏ ｄ ： Ａｃｉｅ Ｐ Ｃ； Ｃ ｒ ｕ ｔｐ ｒ ｒ ｎ ｅ Ｓ ｔｈ ｎ ｏ ｖ ￣ｅ ； Ｃ ｅ ｈ ｏｏ ｙ； Ｍｉ ｒ ｐ ｏ ｅ ｓ ｒ ｙ ｒｓ ｔ Ｆ ｖ ｉｃ ｉ ｅ ｆ ｍａ ｃ ； ｗｉ ｉ ｇ ｃ ｎ ｅ ｒ ｏ ｃ ＮＣ ｔｃ ｎ ｌ ｇ ｃ ｏ ｒ ｃ ｓｏ
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定稿日期：２００８－０２－１８作者简介：黄海宏（１９７３－），男，江西省清江人，副教授，研究方向为电力电子和传动方面。
１引言直流操作电源系统是发电厂、变电站中不可缺少的二次设备之一，由整流电源、蓄电池组和馈电部分组成。
通常情况下，整流电源的作用是ＡＣ／ＤＣ变换，在对蓄电池组充电的同时，通过馈电部分向直流负荷供电；在交流停电时，蓄电池组通过馈电部分向直流负荷供电，以保证直流负荷不停电。
目前，直流操作电源普遍采用高频开关电源模块并联运行方式，与传统的晶闸管相控电源相比，其技术指标优异，如稳压、稳流精度高，纹波系数低，易与阀控密封铅酸蓄电池组一起组成直流电源成套装置。
由于开关电源输入端有整流、电容平波电路，使其输入电流呈尖脉冲状，功率因数通常只有０．６～０．７，会对电网造成谐波污染，造成电力公害，干扰其他用电设备，使测量仪表产生较大误差。
为降低电源装置对电网的污染，电力用开关电源需加功率因数校正电路。
２有源功率因数校正基本原理目前，功率因数校正有无源功率因数校正（ＲＰＦＣ）和有源功率因数校正（ＡＰＦＣ）两种。
ＲＰＦＣ方法是在输入端加入电感量很大的低频电感，并降低滤波电容的容量，以减小滤波电容充电电流的尖峰，校正后的功率因数能达到０．９以上，一般用于三相输入的大功率开关电源模块［１］。
ＡＰＦＣ的基本思路是在输入端加入高频功率开关管及相应的控制器，如图１所示。
控制器通过采集交流输入电压、输入电流和输出电压信号，利用输出电压控制环的输出ｕｏ（ｔ）与输入整流后的电压ｕＡＣ（ｔ）相乘，得到一个电流参考信号ｉｒｅｆ（ｔ），用于控制功率管ＶＴ的导通和关断，使得电感Ｌ电流ｉＬ波形跟踪ｉｒｅｆ（ｔ）波形，从而使输入交流平均值波形跟随输入电压波形，成为与输入电压同相位的近似正弦波，而且可使功率因数接近于１，同时使输出电压ｕｏ（ｔ）得到控制［２］。
目前，国内ＡＰＦＣ方法主要用于单相输入的开关电源模块，其中采用ＵＣ３８５４作为ＡＰＦＣ的控制用集成电路较为普遍。
３数字控制ＡＰＦＣ电路随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术得到了迅速发展。
数字控制使得电力电子变换控制更为灵活，在ＣＰＵ计算速度允许的情况下，可以实现模拟控制难以做到的复杂控制算法，即使在控制对象改变的情况下，也无需修改控制器硬件，而只需修改某些参数，因此增强了系统的兼容性。
由于数字控制所采用的ＣＰＵ计算速度决定了数字控制系统的适用场合，故现在的数字控制多被用于数字控制有源功率因数校正器的设计黄海宏１，王海欣１，高格２，付鹏２（１．合肥工业大学，安徽合肥２３０００９；２．中国科学院等离子体物理研究所，安徽合肥２３００３１）摘要：直流电源系统是变电站的重要组成设备，它可为负载提供不间断电源，因此要求应用于直流电源的高频开关电源模块必须具备功率因数校正功能。
利用Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ新型号ＭＣ５６Ｆ８０２５的高性能特性，完成了基于ＤＳＰ的具有软开关特性的数字控制有源功率因数校正（ＡｃｔｉｖｅＰｏｗｅｒＦａｃｔｏｒＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎ，简称ＡＰＦＣ）电路的设计，描述了系统设计过程。
最后通过２．２ｋＷ的实验样机验证了数字控制的优良特性。
关键词：功率因数；数字控制／有源功率因数校正；开关电源；软开关中图分类号：ＴＭ７１４．１文献标识码：Ａ文章编号：１０００－１００Ｘ（２００８）０５－００１７－０３ＤｅｓｉｇｎｏｆＤｉｇｉｔａｌＣｏｎｔｒｏｌＡｃｔｉｖｅＰｏｗｅｒＦａｃｔｏｒＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎＲｅｃｔｉｆｉｅｒＨＵＡＮＧＨａｉ－ｈｏｎｇ１，ＷＡＮＧＨａｉ－ｘｉｎ１，ＧＡＯＧｅ２，ＦＵＰｅｎｇ２（１．ＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ２３０００９，Ｃｈｉｎａ；２．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｌａｓｍａＰｈｙｓｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，Ｈｅｆｅｉ２３００３１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅＤＣｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｄｅｖｉｃｅｉｎｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｓ，ｉｔｃａｎｓｕｐｐｌｙｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄｐｏｗｅｒｆｏｒｌｏａｄ，ｔｈｅｈｉｇｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｗｉｔｃｈｍｏｄｅｐｏｗｅｒｍｏｄｕｌｅｍｕｓｔｈａｖｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ．ＢａｓｅｄｏｎｎｅｗＤＳＰｃｈｉｐＭＣ５６Ｆ８０２５，ａｄｉｇｉｔａｌａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｒｅｃｔｉｆｉｅｒｗｉｔｈｓｏｆｔｓｗｉｔｃｈｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎｗａｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ａｔｌａｓｔａ２．２ｋＷｐｒｏｔｏｔｙｐｅｗａｓｂｕｉｌｔｔｏｖｅｒｉｆｙｔｈｅｆａｖｏｒａｂｌｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｒｅｓｕｌｔｅｄｆｒｏｍｄｉｇｉｔａｌｃｏｎｔｒｏｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒ；ｄｉｇｉｔａｌｃｏｎｔｒｏｌ／ａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ；ｓｗｉｔｃｈｍｏｄｅｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙ；ｓｏｆｔｓｗｉｔｃｈｉｎｇ图１有源功率因数校正电路框图１７图２数字控制有源功率因数校正器框图图３数字控制功率因数校正算法结构计算速度要求不太苛刻的场合，例如ＵＰＳ和逆变器控制等，其计算频率一般小于２０ｋＨｚ。
而对于控制频率大于１００ｋＨｚ的高频功率变换，目前主要还是以模拟器件控制为主。
随着ＤＳＰ的应用逐渐普及，用ＤＳＰ取代模拟电路中的专用ＰＷＭ集成电路，实现电力用高频开关电源数字控制已成为研究的热点。
这里采用ＭＣ５６Ｆ８０２５数字信号处理器作为控制芯片，实现ＡＰＦＣ的数字控制。
ＭＣ５６Ｆ８０２５是５６８００Ｅ系列的１６位定点ＤＳＰ，采用双哈佛结构，主频可达３２ＭＨｚ，运算能力达３２ＭＩＰＳ，单指令周期可完成１６×１６位并行乘加运算，具有４个带扩展位的３６位累加器，３条内部地址总线和４条内部数据总线，内置１６ｋｂｙｔｅ的Ｆｌａｓｈ和２ｋｂｙｔｅ的ＲＡＭ，６路ＰＷＭ输出和双４路ＡＤＣ等其他丰富的外设资源。
图２电路中，数字控制器采样全波整流电压、输入电流和输出直流电压３个变量，送入ＤＳＰ处理。
电压外环Ｇ１保证输出直流电压稳压在给定值，电压环的输出Ｕｒ决定电流环给定的幅值。
ＤＳＰ软件程序生成的数字纯正弦电流波形给定Ｉｓｈａｐｅ决定电流环给定的形状，保证输入电流的正弦化。
输入电压的采样不仅决定了输入电流的过零点，保证输入电流与输入电压相位一致，同时输入电压前馈也加速了输入变化时系统的响应速度。
电流内环Ｇ２将输入电流采样值Ｉｉｎ与电流环给定Ｉｒｅｆ相比较，经电流环的ＰＩ调节器产生变化的占空比参数，通过ＰＷＭ０／ＰＷＭ１控制功率管的驱动波形，以达到校正输入功率因数校正和稳定输出电压的目的。
传统ＡＰＦＣ电路中，主功率管工作在硬开关状态，开通时的电流上升和电压下降及关断时的电流下降和电压上升均同时发生，会造成较大的开关损耗。
为克服硬开关的缺点，在ＰＦＣ电路中引入了带软开关辅助网络的零电压转换ＰＷＭ电路［３］。
通过在主开关管ＶＴ１两端并联缓冲电容Ｃ２可限制ＶＴ１关断时的电压上升率，降低ＶＴ１的关断损耗。
辅助功率管ＶＴ２先于ＶＴ１导通，使Ｃ２与Ｌ２构成的谐振回路工作，当ＶＴ１两端电压下降到零时，其内部的反并二极管导通箝位，实现ＶＴ１零电压导通。
４数字控制ＡＰＦＣ软件设计图３所示ＡＰＦＣ算法结构分成三部分。
电压外环实现输出直流电压跟随给定电压，实现稳压输出；电流给定算法计算电流波形给定，并完成恒功率电压前馈；电流内环实现输入交流电流跟随输入电流给定，完成功率因数校正。
在传统ＡＰＦＣ模拟控制算法中，电流波形给定以输入电压波形为依据，同时为达到恒功率电流均值控制，电流环的给定以输入电压有效值平方作为倒数：ｉ＊＝ＫｍｕｏｒｅｇＵｆｆ２Ｕｓｓｉｎ!０ｔ（１）式中：ｉ＊为输入电流给定；Ｋｍ为比例系数；ｕｏｒｅｇ为电压调节器的输出电压；Ｕｓ为输入电压峰值；Ｕｆｆ为前馈电压的有效值。
在模拟电路实现ＡＰＦＣ算法中，由于将输入电压波形作为输入电流波形的给定，会将输入电压的纹波带入输入电流控制，若电源外界工作环境不佳，会影响电源的输入功率因数校正效果。
而在基于ＤＳＰ的数字控制中，正弦给定可方便地由ＤＳＰ内部软件完成，给定波形为纯净的正弦波，不受输入电压的影响，其算法公式为：ｉ＊＝ＫｍｕｏｒｅｇＵｆｆ２Ｉｓｈａｐｅ（２）考虑到电网电压频率会发生波动，数字正弦给定波形的频率应随输入电压频率的变化而变化。
在ＤＳＰ程序中量化正弦表的点数固定，在读表频率一定时，需实时改变读表步长。
设Ｎ为总的读表次数；Ｍ为顺序读表次数，则第Ｍ次读表时对应的读表步长，即当前读表指针应跨过的正弦表点数为：Ｎｓｔｅｐ＝（Ｓｐ－１）ＭＮ（３）式中：Ｓｐ为正弦表总点数；ｆｒ为读表频率，是由软件设定的固定值；ｆｓ为输入电压两倍频率（输入电压采样为整流后的全波电压波形），可通过采样结果进行周期判断得到；Ｎ＝ｆｒ／ｆｓ；Ｍ＝１，２，３……Ｎ。
同时通过硬件捕获输入电压过零点，在捕获中断中将正弦给定读表指针归零，实现输入电压与ＤＳＰ内部正弦给定的同步。
在数字控制系统中，电压环和电流环调节器均采用数字ＰＩ调节器。
ＰＩ调节器通过控制偏差进行控制，控制偏差为给定值ｒ（ｔ）与实际输出值ｃ（ｔ）的差１８图４输入电压和输入电流波形ｕｉｎ／Ｖｉｉｎ／ＡＵｏ／ＶＴＨＤｉｉｎ％!模拟电路数字电路模拟电路数字电路２２４．０１．６３８２．２２４．８１６．６０．９６８０．９８４２２３．４３．０３８２．２１２．２８．８０．９８３０．９９４２２２．１７．２３８２．１１０．８４．００．９９１０．９９６２２１．６８．６３８２．１１０．５３．６０．９９３０．９９７２２０．１１０．１３８２．０１０．４３．２０．９９４０．９９７２１９．８１１．４３８１．９１０．２３．００．９９４０．９９７表１模拟电路和数字电路实验数据对比值，即ｅ（ｔ）＝ｒ（ｔ）－ｃ（ｔ）。
将偏差的比例Ｐ和积分Ｉ通过组合构成控制量，对被控对象进行控制：ｕ（ｔ）＝Ｋｐｅ（ｔ）＋１Ｔｓｔ０!ｅ（ｔ）ｄ"#ｔ（４）式中：ｕ（ｔ）为ＰＩ调节器输出；ｅ（ｔ）为ＰＩ调节器输入；Ｋｐ为比例系数；ＴＩ为积分时间常数。
由于ＤＳＰ控制是一种离散的数字控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量，因此必须对上式进行离散化处理，用一系列采样时刻点ｋ代表连续的时间ｔ，离散的ＰＩ控制算法表达式为：ｕ（ｋ）＝Ｋｐｅ（ｋ）＋ＴｓＴｉｋｊ＝０$ｅ（ｊ%&）＝Ｋｐｅ（ｋ）＋Ｋｉｋｊ＝０$ｅ（ｊ）（５）式中：ｋ＝０，１，２……表示序列；ｕ（ｋ）为第ｋ次采样时刻ＰＩ调节器的输出值；ｅ（ｋ）为第ｋ次采样时刻输出的偏差值；Ｔｓ为采样周期；Ｔｉ为积分时间常数；Ｋｉ为积分系数。