本發(fā)明涉及一種開關(guān)電源PFC校正控制系統(tǒng)及其PWM信號產(chǎn)生方法，屬于功率因數(shù)校正技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，越來越多的電力電子設(shè)備被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，而在現(xiàn)代的電子產(chǎn)品中，不可獲缺的就是電源裝置。開關(guān)電源由于體積小、功耗低、穩(wěn)壓范圍寬、效率高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。但開關(guān)電源的能量來源于電網(wǎng)，并通過整流裝置與其相連。整流裝置中經(jīng)常含有二極管或者晶閘管等非線性元件與電容組成的電容濾波型橋式結(jié)構(gòu)，這就造成了開關(guān)電源的輸入阻抗為阻容性，因此即使輸入電壓的波形為正弦波，輸入電流的波形也會(huì)因?yàn)樽杩篂樽枞菪远尸F(xiàn)脈沖狀，發(fā)生嚴(yán)重的畸變，諧波含量較高，污染電網(wǎng)。

為了解決諧波污染問題，科學(xué)家們提出了功率因數(shù)校正(Power Factor Correction簡寫為PFC)技術(shù)。根據(jù)功率因數(shù)的計(jì)算公式可以通過提高諧波因數(shù)γ或相位因數(shù)使功率因數(shù)達(dá)到1。因此，提高PF需要做兩個(gè)工作：一是穩(wěn)定輸出電壓，使其近似恒定；二是通過控制輸入電流，使得輸入電流與輸入電壓同相位，且波形跟隨輸入電壓?，F(xiàn)在通常應(yīng)用電壓外環(huán)與電流內(nèi)環(huán)共同控制的控制策略來控制輸出電壓、輸入電流。因此，在達(dá)到功率因數(shù)校正目的的前提下研究不同的控制方法，簡化控制電路具有重要意義。目前，已經(jīng)有很多用DSP微處理器來通過一定的控制方法來產(chǎn)生PWM信號的研究，但DSP采樣頻率不高并且處理算法時(shí)速度較慢，導(dǎo)致PFC校正在高頻率、高精度場合不能滿足要求。隨著集成邏輯器件的飛速發(fā)展，利用可編程邏輯器件高速并行處理能夠提高處理速度和集成化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種開關(guān)電源PFC校正控制系統(tǒng)及其PWM信號產(chǎn)生方法，解決了上述單片機(jī)和DSP處理速度慢的問題，并且能夠更加精確地提高功率因數(shù)，使其控制更靈活。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種開關(guān)電源PFC校正控制系統(tǒng)，包括EMI濾波模塊1、整流模塊2、Boost升壓模塊3、電流電壓采樣模塊4、保護(hù)模塊5、控制模塊6、驅(qū)動(dòng)模塊7、顯示模塊8；

所述EMI濾波模塊1的輸入端接交流電源，輸出端與整流模塊2的輸入端連接，整流模塊2的輸出端與Boost升壓模塊3的輸入端連接，Boost升壓模塊3的輸出端與電流電壓采樣模塊4的輸入端連接，電流電壓采樣模塊4、保護(hù)模塊5的輸出端均與控制模塊6的輸入端連接，控制模塊6的輸出端分別連接驅(qū)動(dòng)模塊7、顯示模塊8，驅(qū)動(dòng)模塊7的輸出端連接Boost升壓模塊3的輸入端，控制模塊6內(nèi)部設(shè)有FPGA器件，F(xiàn)PGA器件內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理模塊采用平均電流控制方式產(chǎn)生PWM控制信號，所述的FPGA器件為EP4CE6F17C8。

所述的FPGA器件內(nèi)設(shè)有A/D驅(qū)動(dòng)模塊，電流電壓采樣模塊4內(nèi)部設(shè)有A/D轉(zhuǎn)換電路控制端，A/D驅(qū)動(dòng)模塊通過輸出接口與A/D轉(zhuǎn)換電路控制端相連。

所述的電流電壓采樣模塊4內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換電路控制端為ALINX9226，采用AD9226芯片。

一種開關(guān)電源PFC校正控制系統(tǒng)的PWM信號產(chǎn)生方法，所述平均電流控制方式包括:所述平均電流控制方式包括:與整流模塊2連接的電阻R1，電阻R1一端與R2串聯(lián)接地，另一端與電感L連接，電感L接Boost升壓模塊3中開關(guān)管MOSFET漏極，MOSFET源極接地，MOSFET漏極與二極管陽極相接，二極管陰極接穩(wěn)壓電容C接地，負(fù)載R3與電容C并聯(lián)，電阻R4與R5串聯(lián)接地，F(xiàn)PGA器件的三路AD采樣ADCIN0、ADCIN1、ADCIN2分別接電感輸入端、a點(diǎn)和b點(diǎn)，F(xiàn)PGA內(nèi)部的處理器對輸出電壓V_o、輸入電壓V_i、電感電流i_L的采樣檢測分別由K_d、K_f、K_s來表示；K_m為乘法器增益，可以在輸入電流在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，使參考電流信號隨其變化；PFC的輸出V_o與參考V_ref相比較，其差值V_error經(jīng)電壓環(huán)G_ve輸出控制信號v_c，v_c與輸入電壓V_i的采樣信號K_fV_i及其輸入前饋信號相乘得到電流參考信號i_ref，i_L的采樣信號K_si_L與i_ref比較后，其差值經(jīng)過電流環(huán)G_ic輸出控制信號u_ca，u_ca經(jīng)比例F_m后與三角波比較得到PWM波，PWM波通過驅(qū)動(dòng)模塊7接開關(guān)管MOSFET,

其中，

本發(fā)明的有益效果在于：使用硬件描述語言完成傳統(tǒng)數(shù)字邏輯電路和模擬電路的設(shè)計(jì)，而且利用FPGA高速并行處理、處理能力強(qiáng)的特點(diǎn)，加快了采樣數(shù)據(jù)處理算法的運(yùn)算速度，克服單片機(jī)和DSP導(dǎo)致的運(yùn)算速度慢的缺點(diǎn)，提高了功率因數(shù)校正的精度并使其控制更靈活。

附圖說明

圖1是本發(fā)明采用系統(tǒng)的連接框圖；

圖2是圖1對應(yīng)的硬件系統(tǒng)主體設(shè)計(jì)示意圖；

圖3是本發(fā)明平均電流控制方式的工作原理圖。

圖4是圖2中高溫保護(hù)電路12的部分原理圖。

圖中各標(biāo)號為：1-EMI濾波模塊，2-整流模塊，3-Boost升壓模塊，4-電流電壓采樣模塊，5-保護(hù)模塊，6-控制模塊，7-驅(qū)動(dòng)模塊，8-顯示模塊，9-EMI濾波電路，10-整流電路，11-Boost升壓電路，12-溫度采集電路，13-電流電壓采樣電路，14-FPGA器件，15-驅(qū)動(dòng)電路，16-顯示電路。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1，如圖1-4所示，一種開關(guān)電源PFC校正控制系統(tǒng)，包括：EMI濾波模塊1，減少了開關(guān)電源對電網(wǎng)的污染；整流模塊2，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電；Boost升壓模塊3，本發(fā)明開關(guān)電源的PFC校正選擇Boost升壓拓?fù)洌浑娏麟妷翰蓸幽K4，通過A/D轉(zhuǎn)換器對輸入電流輸入電壓及輸出電壓進(jìn)行信號采集；保護(hù)模塊5，保護(hù)開關(guān)電源因溫度等不確定因數(shù)對開關(guān)電源造成的損壞；控制模塊6，利用FPGA高速并行處理產(chǎn)生PWM信號；驅(qū)動(dòng)模塊7，PWM波通過驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)Boost升壓模塊中的開關(guān)器件MOSFET，使得輸入電流相位跟隨輸入電壓相位，以此來提高開關(guān)電源的功率因數(shù)，減少輸入側(cè)諧波。

所述EMI濾波模塊1的輸入端接交流電源，輸出端與整流模塊2的輸入端連接，整流模塊2的輸出端與Boost升壓模塊3的輸入端連接，Boost升壓模塊3的輸出端與電流電壓采樣模塊4的輸入端連接，電流電壓采樣模塊4、保護(hù)模塊5的輸出端均與控制模塊6的輸入端連接，控制模塊6的輸出端分別連接驅(qū)動(dòng)模塊7、顯示模塊8，驅(qū)動(dòng)模塊7的輸出端連接Boost升壓模塊3的輸入端，控制模塊6內(nèi)部設(shè)有FPGA器件，F(xiàn)PGA器件內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理模塊采用平均電流控制方式產(chǎn)生PWM控制信號。

所述控制模塊FPGA器件采用Altera公司生產(chǎn)的Cyclone IV系列EP4CE6F17C8，所述的FPGA器件內(nèi)部的A/D驅(qū)動(dòng)模塊通過輸出接口與電流電壓采樣模塊的A/D轉(zhuǎn)換電路控制端相連；FPGA器件內(nèi)部的數(shù)據(jù)輸入接口與其內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理模塊相連。

其中平均電流控制方式是指檢測到的輸入電壓信號與電壓補(bǔ)償器的輸出信號經(jīng)過乘法器產(chǎn)生電流基準(zhǔn)值，采樣的電感電流信號與基準(zhǔn)電流經(jīng)過電流比較器和補(bǔ)償器后產(chǎn)生PWM信號。

進(jìn)一步地，所述的電流電壓采樣模塊4內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換電路控制端為ALINX9226，采用AD9226芯片。

所述一種開關(guān)電源PFC校正的控制方法的硬件設(shè)計(jì)示意圖如圖2所示，主要包括EMI濾波電路9，整流電路10，Boost升壓電路11，高溫保護(hù)電路12，電流電壓采樣電路13，F(xiàn)PGA器件14和驅(qū)動(dòng)電路15。

所述EMI濾波電路9采用一個(gè)二階的LC濾波器，其取值原則是在最小的體積下達(dá)到最好的濾波效果，減少開關(guān)電源對電網(wǎng)的污染；所述整流電路10，采用整流橋LM317將交流電轉(zhuǎn)換為直流電；所述Boost升壓電路11，本發(fā)明開關(guān)電源的PFC校正選擇Boost升壓拓?fù)?；所述電流電壓采樣電?3，通過給A/D轉(zhuǎn)換模塊ALINX9226提供時(shí)鐘CLOCK，將電感電流輸入電壓及輸出電壓的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，進(jìn)行信號采集。

所述高溫保護(hù)電路12，保護(hù)開關(guān)電源因溫度等不確定因數(shù)對開關(guān)電源造成的損壞，圖4為溫度采集電路，采用TMP102-Q1低功耗數(shù)字溫度傳感器，由于TMP102-Q1功率很低在電源中會(huì)產(chǎn)生低噪聲，所以在其V+管腳上添加一個(gè)RC濾波器，電阻小于等于5KΩ，電容小于等于10nF，F(xiàn)PGA通過采集到的溫度信號判斷是否輸出控制信號。

所述驅(qū)動(dòng)電路15，驅(qū)動(dòng)電路為互補(bǔ)三極管驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)MOSFET的快速關(guān)斷減少開關(guān)損耗。

所述平均電流控制方式具體工作原理圖如圖3所示，整流電路10接電阻R1,電阻R1一端與R2串聯(lián)接地，另一端與電感L連接，電感L接Boost升壓電路11中開關(guān)管MOSFET漏極，MOSFET源極接地，MOSFET漏極與二極管陽極相接，二極管陰極接穩(wěn)壓電容C接地，負(fù)載R3與電容C并聯(lián)，電阻R4與R5串聯(lián)接地。FPGA器件的三路AD采樣ADCIN0、ADCIN1、ADCIN2分別接電感輸入端、a點(diǎn)和b點(diǎn)。FPGA內(nèi)部的處理器對輸出電壓V_o、輸入電壓V_i、電感電流i_L的采樣檢測分別由K_d、K_f、K_s來表示；K_m為乘法器增益，可以在輸入電流在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，使參考電流信號隨其變化；PFC的輸出V_o與參考V_ref相比較，其差值V_error經(jīng)電壓環(huán)G_vc輸出控制信號v_c，v_c與輸入V_i的采樣信號K_fV_i及其輸入前饋信號相乘得到電流參考信號i_ref，i_L的采樣信號K_si_L與i_ref比較后，其差值經(jīng)過電流環(huán)G_ic輸出控制信號u_ca，u_ca經(jīng)比例F_m后與三角波比較得到PWM波，PWM波通過驅(qū)動(dòng)電路15接開關(guān)管MOSFET，

其中，

具體地，所述一種開關(guān)電源PFC校正的控制方法由片上可編程邏輯電路與外圍電路兩部分組成。

所述片上可編程邏輯電路采用FPGA器件14，在Altera Quartus II開發(fā)環(huán)境下，用任何一個(gè)HDL語言(如VHDL或Verilog)，編寫3個(gè)邏輯模塊。3個(gè)邏輯模塊分別為A/D驅(qū)動(dòng)模塊、數(shù)據(jù)輸入模塊、綜合數(shù)據(jù)處理模塊。將這個(gè)3個(gè)模塊連接成完整電路，編譯并生成用戶設(shè)計(jì)的邏輯電路的固件，通過JTAG接口下載到FPGA中進(jìn)行在線調(diào)試。調(diào)試通過后的固件，可通過AS接口下載并保存到Flash存儲(chǔ)器中，這樣FPGA上電后，系統(tǒng)自動(dòng)配置，得到所需的邏輯電路。可以讀取前置Boost電路的采樣信號，進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。

所述外圍電路主要由EMI濾波電路9、整流電路10、溫度采集電路12、電流電壓采樣電路13、驅(qū)動(dòng)電路15組成。

所述EMI濾波電路9是一種由電容和電感組成的低通濾波電路，它允許直流或者是工頻信號通過，對頻率較高的其他信號有較好的衰減作用；EMI輸入端與電網(wǎng)相接，其輸出端連接整流電路輸入端將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，整流電路輸出端與Boost升壓電路11輸入端連接；溫度采集電路12輸入端與Boost升壓電路11相連，其輸出端連接FPGA器件14輸入端，當(dāng)系統(tǒng)溫度過高時(shí)，F(xiàn)PGA器件14停止向驅(qū)動(dòng)電路輸送信號，等待系統(tǒng)溫度恢復(fù)穩(wěn)定在工作溫度范圍內(nèi)后繼續(xù)輸出信號；電流電壓采樣電路13輸入端通過探頭獲取輸入電壓、輸出電壓和電感電流數(shù)字信號，其輸出端與FPGA器件14相接，F(xiàn)PGA器件14內(nèi)部處理器通過一定算法輸出控制信號給驅(qū)動(dòng)電路15輸入端，驅(qū)動(dòng)電路15輸出端與Boost升壓電路11輸入端連接。

以上所述為本發(fā)明實(shí)施例的詳細(xì)說明，并不用于限制本發(fā)明。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有任何修改和變化所作的任何修改都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。