基于DSP的DC_DC+Boost+PFC模块的并联交错控制研究

第23卷第3期 电工电能新技术 v01．23．No．3 2004年7月 AdvancedTechnologyofE1ectricalEngineeringandEne唧 July2004 基于DSP的DC／DCBoostPFC模块的并联交错控制研究 蒋志宏1，黄立培1，孙晓东2，郭宇婕2 (1．清华大学，北京100084；2．光宝电子北京电力电子实验室，北京100085) 摘要：本文提出了一种简单的PFC模块并联交错数字控制 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。以三个模块并联为例，利用平均 电流控制策略，仅用一个控制器实现了DC／DCBoostPFC模块的并联控制，开关频率为120kHz，取得 了良好的均流性能，降低了功率开关管的电流应力；同时，使它们的高频开关相位均匀错开1200，实 现了电感电流的交错，减小了输入电流的高频纹波，减小了输入EMI滤波器的差模电感。实验结 果证明了该控制方案的可行性，为并联的功率因数校正模块的数字控制提供了一个良好的解决方 案。 关键词：功率因数校正；并联交错；Boost；数字控制 中图分类号：TM91 文献标识码：A 文章编号：1003。3076(2004)03．0027．04 1 引言 目前，电网谐波污染的问题已经引起了人们的 广泛注意。为减少因产品电磁干扰造成的危害、保 护环境和设备安全，2000年国家质量技术监督局发 布了第一批实施电磁兼容安全认证的产品目录，包 括空调、冰箱在内的许多家电产品、电源、照明电器 等都必须执行《低压电气及电子设备发出的谐波电 流限值》，即GBl7625．1-1998标准(等同于IEC61000— 3．2：1995)。因此，功率因数校正技术(PowerFactor Correction，简称PFC)日益为人们所关注。PFC技术 的具体含义是使网侧电流不含谐波，其波形是输入 电压波形(通常是正弦波)的完美复制，而且相位相 同。在理想情况下，功率因数校正可以使电器设备 的负载特性 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现为纯电阻特性，其从电网吸收的电 流仅为有功电流，这不仅将使损耗和成本降至最小， 而且也减小了对其他设备的干扰¨j。 根据Boost电路电感电流的工作状态，PFC工作 模式有三种：临界连续模式(Boundary—Conduction． Mode，简称BCM)、断续模式(DCM)和连续模式 (CCM)。BCM和DCM模式的PFC一般用于小功率 场合，在大功率和要求较高的场合选用CCM模 式协4|。本文综合考虑功率密度和模块化结构等性 能要求，PFC模块采用单开关Boost拓扑，同时，为了 获得较高的功率因数和较小的电流应力，设计了三 个单相CCMPFC模块并联运行。 本文提出了一种单控制器实现三个DC／DC BoostPFC模块可靠并联运行的简单数字控制方案。 利用数字控制器的灵活性，实现了并联模块的均匀 交错，降低了输入电流的高频纹波，减小了输入EMI 滤波器的差模电感。而且，具有交错功能的模块中， 虽然单个模块的电感电流高频纹波较大，但总的输 入电流高频纹波较小，因此可以适当地降低单个 Boost模块的电感值。 2 PFC模块并联交错及基本控制原理 以三个模块并联为例，主电路采用三个单相 Boost变换器并联，如图1所示；数字控制器选用的 是低成本的数字信号处理器(DsP)TMs320LF2407。 三个Boost变换器并联连接，在控制上实现三个 BoostPFC模块均匀分担输入电流，减小开关管的电 流应力。同时，使三个高频PWM开关在相位上均 匀错开1200，实现高频电感电流的交错，减小了输入 电流的高频纹波，有利于减小输入滤波器的差模电 感值，交错的电感电流波形及PWM开关波形如图2 所示。 本文提出的单控制器法与多控制器法相比，不 但可以减少计算量，提高采样频率，还可以消除多控 收稿日期：2004．02．10 基金项目：国家自然科学基金资助项目(50377014) 作者简介：蒋志宏(1974-)，男，江苏籍，博士生，主攻软开关DG／DC变换器、高频数字功率因数校正和计算机电源； 黄立培(1947-)，男，江苏籍，教授，博导，博士，研究方向为高性能交痪电机控制、。电力电子变流技术。 万方数据 28 电工电能新技术 第23卷 图1 数字控制BoostPFC模块的并联框图 Fig．1BlockdiagramofparallelingBoostPFCmodule iL八／7＼／7＼／7＼／ PWMI厂]厂]厂]厂]厂一 PWM2厂]厂]厂]厂]广 PwM3厂]厂]厂]厂] 图2交错电感电流的波形 Fig．2Interleavedinductor-currentwaveforms 制器间的延时，精确地实现各个模块之间电感电流 的均匀交错。 3数字控制器的实现 数字控制器如图3所示。采用平均电流控制策 略：电压环是外环，电流环是内环。电压环的输出为 电流环的给定，即输入电压的采样u。除以并联的 模块数n=3，然后乘以电压环的输出y，。得到每个 模块的输入电流的参考值i。扪即电流环的给定，从 而实现每个模块的输入电流控制。其中n等于3， 为并联的模块数；U。、U。村分别为输出电压和给定； 。ih。、im和i∞分别为三个模块的输入电流。 图3数字控制器示意图 Fig．3ConceptualdiagramofdigitalcontroHer 为了既能实现每个模块均匀地分担输入总电流 以减小开关电流应力，又可以获得较高的开关频率 来提高PFC模块的功率密度，本文提出利用交叉控 制的单控制器方法，实现对并联PFC模块的均流控 制：第一个控制周期对iu进行控制，第二个控制周 期控制i№，第三个控制周期控制i啪，然后再重复 上述步骤。即交叉控制方法实质是每三个周期对某 个模块的电流控制一次。 数字控制器的控制频率为120kHz，每个模块的 开关频率为120kHz，电感电流的交叉控制频率为 40kHz。这样就可以在不降低功率密度的前提下，利 用一个控制器实现三个模块的均流控制。 图4并联交错PFC模块的软件流程图 Fig．4Softwareflowchartofparallelingand interleavingPFCmodule 另外，三个高频PWM开关1200的相位交错也是 在控制器内实现的，这样可以有效地利用程序资源， 提高电感电流的采样频率，获得较高的控制精度。 控制器的软件流程如图4所示。 4实验结果与 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 实验的基本参数：输入电压为ui。=110一，冱 sincotV，输出电压U。=380V，输出总功率为600、X’，开 关频率和采样频率均为120kHz，并联的模块数n： 3，开关管的型号是STW20NM60，二极管的型号是 SDTl2S60。 采用本文提出的并联交错控制方法进行了实验 研究，实现了三个模块的并联交错控制，取得了良好 的均流性能和较小的输入电流纹波，有效地降低了 输入EMI滤波器的差模电感，同时，满载时功率因 数可达到0．99，直流输出电压也非常平稳。图5。 图11给出了实验结果和备分量波形。 图5给出了三个并联模抉的电感电流的采样波 万方数据 第3期 蒋志宏，等：基于DSP的DC／DCBoostPFC模块的并联交错控制研究 29 形，可以看出这种数字控制器实现了三个并联模块 的较好均流，控制性能良好。 (1--iL|l2一fm3一f∞) 图5电感的电流波形 Fig．5Waveformsofinductor’8current 图6和7所示的是三个模块相互错开1200的 PWM开关驱动波形、三个并联模块的输入总电流和 各个电感电流的波形，可以看出电感电流的交错非 常均衡，输入总电流的高频纹波很小。图8所示的 是单个模块的电感电流波形，带有较大的高频纹波。 图9给出网侧的输入电压、电流和输出电压波形。 从图8和图9的单个模块电感电流波形和总的输入 电流波形比较可知，交错技术降低了输入电流的高 频纹波，因此EMI滤波器的差模电感值就可以取得 很小，提高了功率密度的同时，也降低了成本。从图 6～图9可以看出，该控制方案中输入电流波形非常 光滑。 o 4}．门一．n一厂_T ■——一k●}_一k——叫1．_．r]．i ； { (1一PwMl2一PWM23--PWM3) 图6三个交错120。的PWM驱动脉冲 Fig．63-PWMwaveformsofinterleavingat120degrees (1一ji。2一iLl 3一i124一i13) 图7输入总电流和各模块电感电流波形 Fig．7Waveformsoftotalinputcurrent andeachinductorcurrent 图8单个BoostPFC模块的电感电流波形 Fig．8Inductor-currentwaveformofsingleBoostPFCmodule ％ lin 眠。 (2～u。3一ih4BU。) 图9输入电压、电流和输出电压波形 Fig．9WaveformsofinputACvohage，current andoutputDCvoltage 图10(a)和图10(b)给出输出负载突变时系统 (”满藏刭轻载 (1一沁l2一im3一i∽4--U。) 图10并联交错PFC模块的瞬态特性 Fig．10Dynamicperformance ofparallelingandinterleavingPFCmodule 的瞬态特性波形。可以看出，输出负载突变时，各个 模块有很好的均流性能，同时，输出电压的降落或过 万方数据 30 电工电能新技术 第23卷 冲的幅度只有输出设定值(380V)的6。7％左右，而 且可以很快地恢复到设定输出，降低了对输出滤波 电容的耐压值要求。 (I—oin2一uo3一f自s) 图11并联交错PFC模块的开关电压应力 Fig．11 Switchvoltage—stress ofparallelingandinterleavingPFCmodule 图11给出并联交错PFC模块从满载到轻载跃 变时的开关电压应力测试波形，这种状态下开关管 的电压应力最高。图1l可以看出，与单个PFC模块 的工作情况一样，开关管电压u。。的最高值是设定 的输出电压值与过冲值之和，即只有410V左右。本 文所选用开关管的额定电压值为600V，满足电压应 力的要求。 5 结论 本文提出了一种电感电流的交叉控制方案，只 用一个数字控制器实现了三个并联的DC／DCBoost PFC模块的均流控制，很大程度上简化了控制算法， 均流性能良好，有效地降低了开关管的电流应力；同 时，实现了三个模块高频开关相位120。的交错，取得 了电感电流的均衡交错，减小了输入电流高频纹波， 降低了输入EMI滤波器的差模电感值。本文的并 联交错控制模块，满载时功率因数可达到0．99，直 流输出电压也非常平稳。 参考文献(References)： [1]朱士海，吴卫民，钱照明(ZhuShihai，WuWeiming，Qian Zhaoming)．一种新型高性能功率因数校正整流电路(A novelhigh—performancePFCrectifiercircuit)[J]．电工电能 新技术(Adv．Tech．ofElec．Eng．＆Energy)，2003，22 (2)：68．71． [2J TaoFengfen，LeeFredC．Interleavedsingle·stagePFCelee— tronieballast[A]．IEEEAPEC[A]．USA，2000．V01．1： 617．623． 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switch，smallinput—currentrippleanddifferential—modeinductor．TakethreePFCmodulesinparallelforexampleinthis paper，theparallel—connectedinterleavingDC／DCboostPFCmoduleswiththeswitchingfrequencyof120kHzarerealized withonlyadigitalcontroller，andithasagoodcurrent—sharingperformanceandsmallcurrent—stressofswitch．Inaddit． ion，thehigh—frequencyswitchingphasesaleinterleavedwith120degreesforsmallhigh-frequencyrippleofinputcur— rent．Theparallelingandinterleavingcontrollerisvalidatedwithexperimentalresults，andadesirabledigitalsolutionis presentedfortheparallelingPFCmodulesinlargepowerapplication． Keywords：powerfactorcorrector；parallelingandinterleaving；boost；digitalcontrol 万方数据 基于DSP的DC/DC Boost PFC模块的并联交错控制研究 作者： 蒋志宏， 黄立培， 孙晓东， 郭宇婕 作者单位： 蒋志宏,黄立培(清华大学,北京,100084)， 孙晓东,郭宇婕(光宝电子北京电力电子实验室 ,北京,100085) 刊名： 电工电能新技术 英文刊名： ADVANCED TECHNOLOGY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND ENERGY 年，卷(期)： 2004,23(3) 被引用次数： 13次 参考文献(6条) 1.朱士海;吴卫民;钱照明 一种新型高性能功率因数校正整流电路[期刊 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 ]-电工电能新技术 2003(02) 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