pfc控制系统的设计

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1、PFC控制系统的设计双闭环的控制系统在UPS的实时控制中已经被广泛采用。其双闭环主要包括电压外环和电流内环，通过内环对电流的控制，能够加快电压的响应速度，并且能在电流过大的时候，及时的进行保护和限流。对于PFC控制系统来说，我们不仅需要获得稳定的直流输出电压，还要获得谐波小的电感电流，这就对电压环和电流环的设计提出了更为严格的要求。目前，数字化控制系统中所使用的控制器结构，都是经过模拟控制器演变而来，其传递函数如下：这一控制器实际上是在PI调节器的基础上，增加了一个极点而成的。所以，本文的主要目标就是设计比例增益K，零点a，极点b。多环控制系统设计的基本原则如下：Ø

2、先设计内环，再设计外环；Ø外环调节器的输出，为内环的给定；Ø内环要快于外环，其设计在稳定的基础上，尽可能的满足快速性要求，外环主要满足抗扰性能。1.1电流环的设计1.1.1占空比到电感电流的传递函数根据小信号模型，可以得到占空比到电感电流的传递函数如下：（1-1）其中，为BUS稳态电压，为平均占空比，为BOOST电感，为BUS电容，为负载电阻（假设PFC的负载为电阻负载）。以3K/220V为例，=350V，=220*0.5/350=0.3143(220*0.5为输入半波电压有效值?应该为220*0.707)，=515uH，=940uF，假设效率=92%，则可以算出等

3、效负载电阻为：93.9（1-2）其开环幅频特性和相频特性如下图所示：图1-1占空比到电感电流的传递函数开环频率特性从图1-1中可以看到，其对象的截止频率为rad/s。另外，我们从图中也可以看到，当时，对象与积分环节的特性非常相似。实际上，从式（1-1）可得到，当时，则可将对象等效为：（1-3）其BODE图如下：图1-2等效传递函数频率特性从图1-2所可知，当我们设计的系统的截止频率大于3000rad/s时，我们就可以将看成一个积分环节来处理，从而来研究电流环的动态响应特性。我们在设计PFC电流环时，一般将其截止频率设计到8000rad/s(1.3kHz)附近，一方面

4、是为了满足快速性要求，另一方面，滤除电感电流的高频分量，使电感电流的THDi减小。所以，完全可以将当成积分环节来处理。1.1.2反馈回路的传递函数另外，还需要计算采样回路的传递函数，以3K为例，采样的衰减比为；滤波电路的传递函数为(RC滤波)采样回路中，差分电路的传递函数为：所以，整个反馈回路的传递函数为：（1-2）1.1.3DSP控制延迟从DSP采样到更新占空比是有一定延迟的，在8356的控制中，是在三角波的波峰发出的采样，而在三角波的波谷更新占空比，因此，其延迟时间实际上是半个开关周期，如图所示。图1-3DSP控制延迟时间利用纯延迟环节，来等效这个延迟。则。利用

5、Pade级数展开可以得到如下的传递函数：（1-3）其阶跃响应曲线和相频特性如下图所示：图1-4延迟环节的相频特性和响应曲线从图1-4可知，延迟环节的等效传递函数在低频段，对系统的相位延迟与纯延迟环节完全相同，由于在设计PFC控制系统时，我们的截止频率一般都在2kHz左右，所以，我们在控制系统设计中，可以利用式1-3来研究延迟环节的相位滞后特性。1.1.4电流环调节对象开环传递函数电流环控制结构图：图1-5电流环控制结构根据图1-5，可以得到电流环调节对象的开环传递函数：（1-4）根据（1-4）可以得到其开环传递函数的频率特性如下图所示：图1-6电流环调节对象开环频率

6、特性图1-5中，所示在低于100000rad/s时，开环幅频特性呈现积分环节的特性。另外，由于纯延迟环节的存在，使相位出现了很大的延迟，图中，红色部分为加入纯延迟环节后的相频特性，而兰色部分为未加纯延迟环节的相频特性。图1-7加入纯延迟环节对相频特性的影响我们可以从图1-7看出，系统开环截止频率为6.58e3rad/s，此时的相位延迟大约为-101度。1.1.5电流环控制器设计从图1-7中可以看出，受控对象的截止频率为6.58e3rad/s，大约为1.1kHz左右，而且此时相位滞后比较严重。如果再加控制器中的一个积分环节，系统就变得不稳定了。为了对相位进行补偿，我们

7、必须增加零点或者微分环节。当采用这种结构的控制器时，我们先设计零极点，再设计比例系数。选择电流环的截止频率为1.5kHz（9000rad/s），若要满足系统的稳定性，必须使相角裕度>0，在这里留一定的余量，选择=30度。从图1-6中，我们可以看到开环系统在1.5kHz时的相角为=-105度左右。所以，加入调节器以后，其相角为。则45其中，为零、极点对相角的补偿量。为了使系统以-20dB的斜率穿过零分贝线，则必须使零点小于截止频率，而极点大于截止频率。初选零点为4000rad/sec，则可以算出在1.5kHz时，零点的补偿相角为62度。?选择极点为22000rad