數字升壓型功率因數校正轉換器的分析與設計

　為實現數字控制，將控制器傳遞函數轉換成離散時間狀態的空間表示式，在取樣頻率為6kHz下，得到電流控制器為：

(25)

(26)

　　同樣地，在取樣頻率為2kHz下，可得電壓控制器離散狀態空間表示為：

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　　在外回路電壓控制器設計上，為減少控制器信號與乘法器信號受120Hz輸出電壓的影響，降低了功率因數的性能，所以外回路系統的頻寬通常設計在10Hz~20Hz之間。因此，在負載變動時，輸出電壓很難恢復至穩壓狀態。本文利用負載電流注入法將負載電流狀態作為控制反饋，以改善輸出電壓的暫態響應。負載電流注入法是將負載電流接入控制回路，當負載發生變動時，立刻產生穩態輸入電流的參考信號，改善外回路電壓控制器緩慢的動態響應。

4 數字控制系統試驗驗證

　　以16位數字信號處理器DsPIC30F4011為基礎，完成數字控制高功率因數升壓型轉換器的設計。在試驗驗證過程中，輸入電壓90~130 V_rms、輸出電壓312 V、最大輸出功率450 W的高功率因數升壓型AC/DC轉換器。試驗測量結果如下：

　　圖9為輸入電壓110V_rms、輸出功率450W時，輸入電壓V_in和電流i_in的實際波型，利用萬用表測量的功率因數值為0.968，說明了該設計系統的高功率因數特性。

　　隨后，對系統輸出電壓的穩壓性能進行測試，針對輸入電壓從110 V變動到130 V，再從110 V變到90 V，輸出的電壓響應如圖10(a)。當負載從250 W變動到450 W時，輸出的電壓響應如圖10(b)。當額外加入負載電流且負載變動同時發生時，輸出的電壓響應如圖10(c)。比較圖10(b)和10(c)，圖10(c)的輸出電壓變動較小時，負載電流注入法具有較高的穩壓效果。當V_in=110 V_rms時，針對不同輸出功率，測得高功率因數升壓型轉換器的功率因數曲線如圖11(a)所示，在P_o=450W時，功率因數最高可達0.966。針對不同輸出功率，測量高功率因數升壓型轉換器的效率曲線如圖11(b)所示，在P_o=450W時，效率最高可達92.2%。

5 結論

　　本文以升壓型轉換器為AC/DC功率因數校正整流器的基本結構，以數字信號處理器DsPIC30F4011為控制核心，應用主動式功率因數校正技術的平均電流控制法，使平均輸入電流隨輸入電壓波形變化，以提高功率因數性能。利用負載電流注入控制法，改善輸出電壓動態響應較慢的缺點。最后設計輸出功率為450W的高功率因數升壓型轉換器并進行試驗，試驗結果表明，該功率因數升壓型轉換器符合電流諧波的高功率因數特性，并且在輸入電壓幅值變動及負載變動時，輸出具有良好的穩壓特性。

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