APFC自動調(diào)壓電路設(shè)計(jì)方案
引言
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/186352.htm由于各種原因的影響,電網(wǎng)中存在著電流諧波,由于電網(wǎng)阻抗的存在,諧波電流流過電網(wǎng)阻抗,會使負(fù)載端電壓波形也出現(xiàn)畸變。此時(shí)系統(tǒng)的功率因數(shù)小于1,這樣會給電網(wǎng)帶來“污染”,同時(shí)也會影響超聲發(fā)生器的輸出電壓和系統(tǒng)的正常工作。因此需要設(shè)計(jì)特殊電路來對諧波進(jìn)行抑制,PFC電路就是其中之一。PFC輸出的電壓一般是恒定的,但是在有些場合些要對輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié),利用調(diào)節(jié)輸出電壓來控制輸出功率等等。因此對PFC輸出電壓的控制策略的研究具有一定的實(shí)際意義。
單相PFC技術(shù)
PFC(PowerFactorCorrection)就是對電流脈沖的高度進(jìn)行抑制,使電流波形盡量接近正弦波。單相PFC根據(jù)采用的具體方法不同可以分為無源功率因數(shù)校正和有源功率因數(shù)校正兩種。
圖1單相無源功率因數(shù)校正電路
圖2單相APFC電路及主要波形
APFC電路利用電阻分壓組成的恒定電壓反饋網(wǎng)絡(luò)可以控制輸出恒定的電壓。根據(jù)這一原理,本文巧妙地利用APFC電壓反饋網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行電壓控制,即通過改變電阻分壓網(wǎng)絡(luò)的電阻R2來調(diào)節(jié)輸出電壓。R2發(fā)生變化使得電壓反饋信號隨之變化,電壓比較器與電壓給定進(jìn)行比較,比較輸出的誤差控制PWM發(fā)生裝置,從而調(diào)解驅(qū)動信號的脈寬,使得輸出電壓在一定范圍內(nèi)進(jìn)行線形的調(diào)節(jié)。通過這種方式就可以根據(jù)實(shí)際要求調(diào)節(jié)逆變器的輸入電壓。應(yīng)用在功率控制的場合時(shí),當(dāng)負(fù)載增大的時(shí)候,輸出電流瞬時(shí)減小,功率隨之減小,此時(shí)調(diào)節(jié)R2使電壓上升,那么輸出電流也隨之上升,直至電壓與電流乘積(即輸出功率)與給定的參考一致,從而實(shí)現(xiàn)了輸出功率的調(diào)節(jié)。
但是如果單一的調(diào)節(jié)R2會造成危險(xiǎn)隱患,例如若R2短路,R1就直接接地,輸出電壓會一直上升;若R2斷路,電壓反饋被拉高到母線電壓,可能會造成無輸出。因此要設(shè)計(jì)的電壓反饋網(wǎng)絡(luò)必須防止出現(xiàn)上訴狀況,本文設(shè)計(jì)的電壓反饋網(wǎng)絡(luò)中,R3與R2串聯(lián)防止R2短路,R4與R2、R3并聯(lián)防止短路狀態(tài)的發(fā)生。圖3為初步設(shè)計(jì)的電壓調(diào)節(jié)反饋網(wǎng)絡(luò)。
圖3電壓反饋網(wǎng)絡(luò)
在初步設(shè)計(jì)中R2是一個(gè)可調(diào)節(jié)的電位器,是需要人工手動調(diào)節(jié),但是這種方法不僅精確度不夠,而且操作麻煩,自動化程度低。因此本文在設(shè)計(jì)中采用單片機(jī)控制數(shù)字電位器代替的機(jī)械式電位器R2的策略來進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。
本文采用的是非易失性數(shù)字電位器,它是一種可在計(jì)算機(jī)控制下,通過編程來實(shí)現(xiàn)自動操作的智能化器件。它不像機(jī)械或模擬電位器那樣可以連續(xù)調(diào)節(jié),但階梯式的阻值變化卻具有調(diào)節(jié)精度高和阻值穩(wěn)定的特點(diǎn)。其阻值分辨的臺階越多,阻值變化越精細(xì),調(diào)整的靈敏度越高[2][3]。本文采用的數(shù)字電位器是Xicor公司生產(chǎn)的100節(jié)非易失性數(shù)字電位器X9312。X9312的原理圖如圖4所示[3]。
圖4X9312原理圖
APFC自動調(diào)壓電路理論設(shè)計(jì)
圖5是本文設(shè)計(jì)的利用數(shù)字電位器實(shí)現(xiàn)電壓自適應(yīng)控制的原理圖。圖中檢測信號就是電壓反饋信號,其輸出經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后作為控制信號,并由單片機(jī)根據(jù)控制關(guān)系和特性給出調(diào)整信號和計(jì)數(shù)脈沖,使數(shù)字電位器改變阻值而作用于電平控制電路(即APFC電路),以達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓的要求。
圖5電壓控制原理圖
采用單片機(jī)控制的軟件流程如圖6所示。圖中A1為,A2為,A3為,A4為封鎖信號。A1、A2、A3控制數(shù)字電位器X9312,A4是防止輸出過大控制失效的封鎖信號。由A4控制輸入的保護(hù)電路,在輸出失控時(shí),封鎖輸入,保護(hù)整個(gè)電路的安全。
圖6單片機(jī)軟件控制流程圖
根據(jù)上訴的電壓調(diào)節(jié)原理,最終確定實(shí)際應(yīng)用單片機(jī)控制數(shù)字電位器實(shí)現(xiàn)APFC輸出電壓自適應(yīng)控制的電路如圖7所示。
圖7電壓控制電路
結(jié)論
利用APFC電路實(shí)現(xiàn)輸出電壓的調(diào)節(jié),既提高了整個(gè)電路的功率因數(shù),又能實(shí)現(xiàn)對輸出電壓的控制。在此基礎(chǔ)上應(yīng)用單片機(jī)控制數(shù)字電位器來調(diào)節(jié)電壓,實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化控制,精度高、安全性好、自適應(yīng)效果良好。這種控制策略可以應(yīng)用在對逆變電路母線電壓控制以及對輸出功率控制系統(tǒng)中。
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