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数位控制升压型功因校正转换器之分析与设计-KunShanUniversity
崑山科技大學學報第九 期第 58~70頁 (民國101年6月)
Journal of Kun Shan University, No.9, pp.58~70 (June, 2012)
數位控制升壓型功因校正轉換器 之分析與設計
*陳信助 **楊松霈 ***鄭永昇
*
崑山科技大學電機工程系 副教授
**
崑山科技大學電機工程系 助理教授
***
崑山科技大學電機工程系 研究生
摘要
本文以升壓型轉換器為AC-DC 功因校正整流器的 基本架構,使用數位信號處理器
dsPIC30F4011 為控制核心,應用主動式功因校正技術的平均電流控制法,提高功率因
數,減少輸入電流諧波,以符合國際電流諧波規範 IEC 61000-3-2 Class D 。平均電流控
制法包含達到高功因性能的內迴路電流控制及穩壓性能的外迴路電壓控制 。一般高功因
轉換器的電壓迴路 系統通常有低頻寬限制 ,以避免影響功因性能,所以輸出電壓對負載
變動的響應較慢。 本文額外加入負載電流注入法,改善負載變動的輸出電壓暫態響應。
轉換器分析、系統建模與控制器設計均詳細探討,最後研製 一組450 W數位控制 升壓型
功因校正轉換器,實驗結果驗證轉換器的高功因性能 ,同時在輸入電壓振幅變動及負載
變動時 ,輸出電壓 具有良好的穩壓性能。
關鍵字:升壓型功因校正轉換器、 平均電流控制法、數位信號處理器、負載電流注入法。
壹、前言
傳統 AC-DC整 流器利用橋式整流器及濾波電容將交流電壓整流成直流電壓及降低
輸出電壓漣波 ,在此電路中,只有當輸入電壓大於輸出電壓 才有輸入電流流動,因 此產
生脈衝電流(pulsating current) ,造成低功率因數及嚴重的電流諧波,因此功率因數校正
(power factor correction, PFC)電路技術應運而生。
理想的 AC-DC轉換器具有兩種特性:從市電端看入必須具備高功因的特性;從負
載端看入要有穩壓的性能。 功因校正是為了提升電源的利用率及減少電流諧波產生, 以
符合國際電流諧波規範,例如: IEC61000-3-2 ,因 此主動式功因校正技術成為電力電子
領域中重要的研究主題。
依電感電流操作模式的不同, 主動式功因校正電路可分為連續導通模式 (CCM)和不
連續導通模式(DCM) 。有些轉換器操作在DCM模式[1] ,例如: flyback, sepic, boost轉
換器,它們不需要電流控制,平均輸入電流自然會追隨輸入電壓波形,達到高功因 特性,
因此只需要輸出電壓回授控制 ,即可達成理想的 AC-DC轉換器 ,稱為電壓隨耦法 。但
是 DCM操作會導致開關元件承受較大的電流應力,因此只適合低功率應用 。
崑山科技大學學報第九 期 (民國101 年6月)
主動式功因校正電路操作在CCM模式時,電路本身不具有天生的功因校正能力,
因此需要控制輸入電流 ,使輸入電流追隨輸入電壓的波形及相位,以達到高功因。常見
控制方法:平均電流控制法,峰值電流控制法磁滯電流控制法, 臨界導通控制法, [2-5] 。
利用平均電流控制法的 PFC轉換器, 為了要衰減二次諧波信號(120 Hz) ,輸出電壓
控制系統的 頻寬大約 10~20 Hz [6] ,因此對於負載變動的輸出電壓暫態響應較遲緩 。此
問題的解決方法,例如漣波補償法 [7] ,設計陷波濾波器 [8,9] ;這些方法將控制信號的二
次諧波大小降低 ,使得電壓迴路的增益 交越頻率提高 ,因此電壓的動態響應能變快。然
而上述技術的缺點是需要複雜的控制電路,且需額外的乘除法器及數位電路等。/
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