基于DSP的Boost PFC軟開關變換器研究

摘要：詳細分析了一種新穎的Boost軟開關變換器，在傳統(tǒng)的Boost變換器基礎上加上緩沖元件電感和電容，從而實現(xiàn)開關管的零電流開通和零電壓關斷。提出了基于DSP的新型控制算法，該算法僅需在一個開關周期內采樣負載電流和輸入電壓來計算占空比，實現(xiàn)功率因數(shù)校正(PF C)的目的，控制簡單，實時性好。實驗結果表明，該新型的變換器工作在軟開關模式下，并且實現(xiàn)輸入側的單位功率因數(shù)。
關鍵詞：變換器；軟開關；功率因數(shù)校正

1 引言
在功率開關器件向著高頻化、大功率、小型化方向發(fā)展的同時，也帶來了更大的開關損耗和嚴重的電磁干擾，因此軟開關技術便逐步發(fā)展起來。在大功率應用場合，因具有較高的可靠性、效率和性價比，控制簡單，無源軟開關比有源軟開關有更好的發(fā)展前景。目前，較為成熟的軟開關技術大都集中在Buck和Boost方面。在此介紹了一種新穎的Boost軟開關變換器，由傳統(tǒng)Boost變換器加上由電感電容和二極管組成的無源無損緩沖電路構成，其結構簡單、控制容易，可在較寬負載范圍內實現(xiàn)軟開關，并能有效降低電路開關損耗。
目前，應用DSP有許多優(yōu)點，包括較易執(zhí)行復雜的控制方法，可靈活地修改設計以適應特定用戶的需要等。DSP廣泛應用于電力電子研究領域，可以在后級電源電路使用數(shù)字控制的同時，直接加入數(shù)字控制的前級有源功率因數(shù)校正(APFC)電路。在此提出一種基于DSP的PFC實現(xiàn)方法，詳細分析了其控制過程，并通過實驗驗證了分析的正確性和合理性。

2 Boost無源無損軟開關變換器工作過程
采用無源無損緩沖電路的Boost軟開關變換器如圖1所示。

它由傳統(tǒng)Boost電路(功率開關管VS、主電感Lf、整流二極管VD0和穩(wěn)壓電容C0)加無源無損緩沖電路(諧振電感Lr、諧振電容Cr1，Cr2及續(xù)流二極管VD1～VD3)構成。對輸入電壓信號采用LV25-P型電壓傳感器實現(xiàn)隔離和檢測，對輸出電流信號采用高頻互感器實現(xiàn)隔離和檢測，然后通過電壓、電流調節(jié)器及限幅環(huán)節(jié)將信號限制在0～3 V之內，最后輸入到DSP的A／D轉換單元，通過一種新型控制算法，在DSP中進行運算處理，計算出變換器的占空比來實現(xiàn)PFC。為便于分析該變換器工作過程，假設：Lf足夠大，可視作恒流源；C0足夠大，可視作恒壓源：Boost變換器工作在平均電流連續(xù)模式。電路工作模式如下：
模式1(t0～t1) VS開通，由于Lr作用，流過VS的電流不能突變，VS為零電流開通，主電感電流iLr和開關管電流iVS都線性增加，iVD0減小，Cr2放電、Cr1充電，Cr2與Lr諧振，t1時刻iVD0減小到零。
模式2(t1～t2) 在這一階段C0給負載供電，Cr2與Lr繼續(xù)諧振，Cr2繼續(xù)放電，Cr1繼續(xù)充電，iLf仍然增加，t2時刻VD1開始導通，并且Cr2兩端電壓uCr2下降到零。
模式3(t2～t3) VD1導通，iVD1不斷增加，is，iLf，iCr1，iCr2都減小，t3時刻iVD1達到極大值，iCr2減小到零，Cr2兩端反向充電電壓達到極大值。
模式4(t3～t4) Cr2反向放電，t4時刻iCr2達到負的極大值，iVD2=iCr1=0并保持不變，Cr1充電結束，uCr1達到最大，iLr=iLf，并保持不變，iVS達到最小值。
模式5(t4～t5) 該階段Cr2繼續(xù)反向放電，t5時刻，iVD1=iCr2=0，Cr2反向放電結束，且uCr2=0。
模式6(t5～t6) 該階段VS仍開通，Lf繼續(xù)充電。此時iLf=iLr=iVS，t6時刻關斷VS。