[发明专利]Boost AC-DC恒压电源的数字控制方法

说明书

本发明公开了Boost AC‑DC恒压电源的数字控制方法，涉及基于Boost拓扑的PFC变换器的数字控制方法，属于发电、变电或配电的技术领域。数字控制方法通过包括预测模块、PI模块、电流控制模块、三角波PWM模块和软启动模块的FPGA实现。预测算法可以完全消除ADC采样延时和计算占空比延时所产生的影响，从而提高了整个系统的动态响应性能；电流控制模块算法简单，易实现，可以实现输入电流跟随输入电压，从而提高系统的功率因数；三角波PWM控制方式有利于获取开关周期电感电流的平均值，减小预测误差，提高ADC采样精度，从而降低系统输出电压纹波；软启动使得系统可以平稳启动，并防止了系统在启动时出现过冲现象。

技术领域

本发明公开了Boost AC-DC恒压电源的数字控制方法，涉及基于Boost拓扑的PFC变换器的数字控制方法，属于发电、变电或配电的技术领域。

背景技术

当今社会，随着有关PF指标的规范的出台，越来越多的电源采用功率因数矫正(Power Factor Correction,PFC)技术。相信随着时代的发展，人们对电网的纯净度要求越来越高，随之也将对功率因数的要求越来越高，乃至现在没有规范的低功率应用场合也将对功率因数提出一定的要求。

PFC可以分为有源PFC和无源PFC。无源PFC是利用电感和电容构成滤波网络来进行功率因数矫正。有源PFC是利用专门的功率因数矫正电路来控制主拓扑中功率开关管的通断，从而使得输入电流跟随输入电压，达到矫正功率因数的目的。有源PFC相比于无源PFC具有PF高、体积小以及输出恒定且可调等优点，所以，电源中多使用有源PFC。Boost拓扑结构的有源PFC由于其结构简单、输入电流等于电感电流、变换器效率较高等优点成为了功率功率因数校正场合最常用的PFC，Boost拓扑结构的有源PFC按照电感电流导通模式可分为连续导通模式(Continuous Conduction Mode,CCM)、非连续导通模式(DiscontinuousConduction Mode,DCM)和临界导通模式(Critical Conduction Mode,CRM)。

数字控制技术具有很多优点：(1)数字芯片内部集成了控制所必须的外围设备，简化了电路；(2)易于实现控制算法，提高控制性能；(3)易于实验监控，方便维护和升级；(4)提高了系统的抗干扰性和可靠性。

Boost AC-DC恒压电源的性能指标对其系统而言显得尤为重要，其直接影响着系统的稳定性和可靠性，因此对boost AC-DC恒压电源的性能指标有很高的要求，必须满足快速动态响应、高功率因数和低纹波等要求。

平均电流控制等PFC控制方案存在结构较为复杂、运算量较大、不易实现、占用较多资源的缺陷。Boost PFC变换器常使用的电压电流双闭环结构具有动态响应性能较差的特点，自适应算法、负载电流注入、反馈线性化控制、矢量旋转法和数字倍压控制等控制算法虽然能够提高动态响应但存在算法复杂、不易实现、设计成本高的缺陷。通过搭建去波纹电路或使用专门的去波纹芯片降低输出电压波纹存在系统复杂、成本高的缺陷。

本申请旨在通过一种数字控制方式提高Boost AC-DC恒压电源功率因数的同时使得系统快速动态响并降低输出电压纹波。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了Boost AC-DC恒压电源的数字控制方法，以简单的结构和较低的成本提高功率因数的同时实现了系统的快速动态响应和低纹波输出，解决了现有有源PFC控制方案需要通过复杂的结构和算法提升动态响应性能并降低输出波纹的技术问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

Boost AC-DC恒压电源包括：主拓扑、ADC模块和数字控制器三个部分，主拓扑和ADC模块绘制成PCB板，数字控制器通过FPGA实现，数字控制器主要包括：预测模块、PI控制模块、电流控制模块、三角波PWM模块和软启动模块。