用微控制器控制的400W数字PFC升压变换器

近十几年中,基于功率因数校正(pfc)控制ic的有源pfc技术在开关电源、变频调速器和荧火灯交流电子镇流器等领域中得到广泛应用。这类有源pfc都能在桥式整流器输入端产生与ac输入电压同相位的正弦波电流,系统功率因数接近于1。

  数字pfc技术则产生非正弦波ac输入电流。通过对非正弦波电流的整形,同样能使电流谐波满足iec1000-3-2(或en6100-3-2)等标准的要求,使线路功率因数达0.99以上。

  一种输出功率为400w的数字pfc电路。这种数字pfc预调整器为减小输出电容器容量和体积,亦即为在同样的输出功率下有较小的输出电流,也采用了升压拓朴结构。该数字pfc升压变换器采用st90e30标准型微控制器和开关电源用电流型pwm控制器uc3843进行控制。虽然该电路要比以pfc控制ic为中心的有源pfc升压变换器复杂一些,并且只利用了st90e30一个多功能定时器和a/d转换器的三个通道,但微控制器的其它空闲功能,可用于控制和管理与pfc预调整器相连接的象三相感应电机驱动这类逆变器。从这个意义上讲,数字pfc电路成本虽有所增加,但从整个系统成本与性价比来看,反倒是提高了。

  数字pfc升压变换器中的uc3843和st90e30的工作电压,由降压变压器tr1、桥式整流器(d6)和稳压器tda8139等组成的dc稳压电源提供。数字pfc电路的工作原理,可以用图2所示的简图来说明。l为升压电感器、t为pfc功率开关(mosfet)、rs为电流感测电阻、d为升压二极管、co为输出电容器。微控制器(st9)的a/d转换器分别监测由电阻分压器采样的100hz的全波整流直流正弦半波输出电压和pfc升压变换器的dc输出电压。数字pfc预调整器包含dc输出电压调节环路和电流调节环路,以使dc输出电压在负载变化时能保持恒定并整形电流波形,使电流谐波含量在标准规定的限制之内。uc3843内的比较器和触发器及其驱动的mosfet,控制电流调节环路的电流波形。在电压调节环路中,st9的一个信道的pwm输出经滤波产生一个参考电压vref,rs两端产生的电流感测电压与vref进行比较,以限制ac输入电流的峰值。来自st9的时钟信号使通过mosfet的电流保持同步,在时钟上升沿上,触发器置位,mosfet导通。当开关电流达到限制值时,触发器通过比较器复位,mosfet截止。为完成静态和动态输出电压的调整,st9利用输出电压两个相邻的取样计算静态和动态电压误差及其变化率,通过改变占空因数进行误差补偿。对电压检测的抗干扰能力及对ac输入电压的跨零检测,由st9的软件保证。与此同时,微控制器的a/d转换器利用软件支持,还提供输入欠电压、输出过电压及短路检测与保护等功能。

  数字pfc升压变换器在ac电压输入端产生与其同相位的非正弦波电流,通过控制电流峰值和上升沿及下降沿的时间及幅度,能使电流谐波含量低于标准规定限制。

  采用数字pfc与不带pfc时比较,ac输入电流与电压保持同相位,峰值电流由7a降至2.2a,有效值电流由3a降至1.8a,2次和3次谐波分别由2a和1a降至0.07a和0.25a,1 39次谐波全部符合标准要求,系统功率因数由0.6左右提高到0.99,输出电压波降低50%以上,在输入电压从140v到300v变化时,输出电压变化低于2%。

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发布日期:2019年07月02日  所属分类:参考设计