基于dsp的数字化pfc采集控制系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电源技术领域，具体涉及一种基于DSP的数字化PFC采集控制系统及 方法。
【背景技术】
[0002]PFC的英文全称为"PowerFactorCorrection"，意思是"功率因数校正"，功率 因数指的是有效功率与总耗电量（视在功率）之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量 (视在功率）的比值。基本上功率因数可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因数值越 大，代表其电力利用率越高。功率因数是用来衡量用电设备用电效率的参数，低功率因数代 表低电力效能。为了提高用电设备功率因数的技术就称为功率因数校正。
[0003] 市场上的PFC电路主要采用模拟方法进行设计，存在元器件易老化、控制方法落 后、转换效率低等缺点，同时PFC电路数字采集控制存在采样精度低、A/D转换速率慢、外围 电路冗杂等问题，严重阻碍了PFC电路技术的发展。
【发明内容】
[0004] 根据以上现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出一种基于DSP的数 字化PFC采集控制系统及方法，通过DSP芯片实现了对PFC电路采集控制的全数字化处理， 大大简化了PFC电路设计，解决了PFC电路元器件易老化、控制方法落后、转换效率低的问 题，具有全数字化处理、简化PFC电路设计、转换效率高的优点，提高了使用寿命并大大降 低成本，适合批量化生产。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于DSP的数字化PFC采 集控制系统，所述数字化PFC采集控制系统连接在PFC电路的整流滤波电路输出端和主开 关管之间，数字化PFC采集控制系统包括信号采集单元、放大单元、DSP控制单元和驱动单 元，信号采集单元的输入端连接在PFC电路的输出端用于采集PFC电路的输出信号，信号 采集单元的输出端连接滤波放大单元的输入端经过滤波放大单元对采集的信号进行信号 滤波放大处理，滤波放大单元的输出端连接DSP控制单元的输入端并输入处理后的信号到 DSP控制单元进行信号判断，DSP控制单元的输出端连接采集单元和驱动单元，DSP控制单 元根据输入信号输出指令到采集单元和驱动单元控制改变采集单元的采样速率，驱动单元 连接PFC电路的主开关管并根据DSP控制单元的指令控制主开关管的通断。
[0006] 上述系统中，所述放大单元中设有滤波器和放大电路，滤波器的输入接口连接采 集单元的输入端用来滤除采集信号中的杂波，滤波器的输出接口连接放大电路并输入信号 到放大电路中放大信号。所述DSP控制单元中设有比较寄存器和参考电压值，比较寄存器 将参考电压值和输入DSP控制器的信号进行数据比较。所述DSP控制单元中设有数模转换 电路和阈值，数模转换电路对输入的信号进行数模转换并对数模转换的数字信号结果与阈 值进行比较判断。所述PFC电路包括整流桥、滤波升压电路、主开关管、整流滤波电路和继 电器转换电路，电压输入整流桥，经过滤波升压电路、主开关管、整流滤波电路、继电器转换 电路，输出至连接继电器转换电路的二级电路。
[0007] -种基于DSP的数字化PFC采集控制方法，所述方法步骤包括：步骤一、通过信号 采集单元采集PFC输出电压U。的信号值，采集的电压信号经过滤波放大处理，得到输出信 号Um;步骤二、将Um输入至对应的DSP控制单元比较寄存器中，同时根据Um大小对信号采 集单元的采用速率进行控制，将比较寄存器中的采集信号Um与DSP设定的参考电压Ut进 行对比，判断Um是否大于等于Ut;步骤三、如果Um大于等于Ut，则DSP终止输出信号，DSP 终止产生PWM波，PFC电路停止工作；步骤四、如果Um小于Ut，则DSP控制单元根据算法对 误差数据进行处理，DSP控制单元调节采样算法，改变采样间隔和采样速率。步骤五、计算 信号值Um与参考电压值Ut的误差信号St，判断误差信号St是否小于阈值S;步骤六、如 果误差信号St小于等于阈值8,则DSP控制单元终止输出，如果误差信号大于阈值8,则 调节改进型PI算法，改变DSP的输出信号，调节信号采集单元的采样速率。
[0008] 上述方法中，所述方法包括数字化采集方法：通过信号采集单元对PFC输出信号 进行信号采集，经过滤波器滤除杂波，再对该信号进行放大，输入到DSP控制单元中，若Um 大于等于Ut，PFC电路停止工作；若反之，DSP控制单元依据采样值对采样信号进行数模转 换，得到精确的数字信号，并根据采样算法实时控制信号采集单元的采样速率与采样点间 隔。所述方法包括数字化控制方法：根据实际需要预先设置参考电压Ut和阈值8,当DSP 控制单元获取采样信号Um，若|Ut-Um|彡S，DSP终止产生驱动信号，若|Ut-Um|>S，将Um 与比较寄存器中的参考电压Ut对比，得到误差信号St，根据St的大小，修改改进型PI算法 中的传递函数，对迭代次数和目标终值进行调控，改变输出驱动单元的驱动信号占空比。所 述方法中PI算法传递函数的公式为式中k为比例系数，1\为
' ：，. 积分时间。S系统的设定允许值。所述方法步骤六中DSP控制单元自动将数字信号转换为 模拟驱动信号，产生一个可控占空比的PWM驱动波形，经驱动单元处理，转换为使主开关管 开通或关断的信号，驱动主开关管的运作来控制PFC电路输出。
[0009] 本发明有益效果是：1.通过DSP芯片实现了对PFC电路采集控制的全数字化处 理，大大简化了PFC的电路设计，提高使用寿命并大大降低成本，适合批量化生产。2.提 高了PFC电路的工作效率与采集的精度，数字信号和模拟信号之间的转换也更加迅速和高 效。3.实现对驱动信号、输出电压的实时调节与控制，稳定输出，保护次级电路。4.加入了 系统允许值，优化了PI算法的传递函数，DSP使用改进的PI算法进行实时控制，实现对PFC 调节方式更加灵活方便。
【附图说明】
[0010] 下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
[0011]图1是本发明的【具体实施方式】的采集控制系统的工作结构框图；
[0012] 图2是本发明的【具体实施方式】的DSP采样流程图；
[0013] 图3是本发明的【具体实施方式】的DSP控制流程图。
【具体实施方式】
[0014] 下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的【具体实施方式】如所涉及的各构件 的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及 操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术 方案有更完整、准确和深入的理解。
[0015] -种基于DSP的数字化PFC采集控制系统，如图1所示，数字化PFC采集控制系统 连接在PFC电路的整流滤波电路输出端和主开关管之间，PFC电路包括整流桥、滤波升压电 路、主开关管、整流滤波电路和继电器转换电路，220V市电电压输入整流桥，经过滤波升压 电路、主开关管、整流滤波电路、继电器转换电路，输出至连接继电器转换电路的二级电路。 数字化PFC采集控制系统连接在PFC电路的整流滤波电路输出端和主开关管之间，采集PFC 电路的输出电压信号并进行采样电压判断，DSP控制单元根据采样结果对PFC电路中转换 主开关管和采集控制系统的采样速率进行通断控制和自我调控。
[0016] 数字化PFC采集控制系统包括信号采集单元、放大单元、DSP控制单元和驱动单 元，信号采集单元连接整流滤波电路，放大单元连接信号采集单元，DSP控制单元连接放大 单元和信号采集单元，驱动单元连接主开关管。信号采集单元的输入端连接在PFC电路的 输出端用于采集PFC电路的输出信号，信号采集单元的输出端连接滤波放大单元的输入端 经过滤波放大单元对采集的信号进行信号滤波放大处理，滤波放大单元的输出端连接DSP 控制单元的输入端并输入处理后的信号到DSP控制单元进行信号判断，DSP控制单元的输 出端连接采集单元和驱动单元，DSP控制单元根据输入信号输出指令到采集单元和驱动单 元控制改变采集单元的采样速率，驱动单元连接PFC电路的主开关管并根据DSP控制单元 的指令控制主开关管的通断。
[0017] 放大单元中设有滤波器和放大电路，滤波器的输入接口连接采集单元的输入端用 来滤除采集信号中的杂波，滤波器的输出接口连接放大电路并输入信号到放大电路中放大 信号。信号采集单元的输出信号输入到放大单元中进行信号滤波放大处理，处理后的信号 输入到DSP控制单元中。DSP控制单元中设有比较寄存器、参考电压值、数模转换电路和阈 值，比较寄存器将参考电压值和输入DSP控制器的信号进行数据比较，采集电压大于等于 参考电压值则DSP控制单元输出终止信号，关闭主开关管，反之处理后的采集电压小于参 考电压值，数模转换电路对输入的信号进行数模转换并对数模转换的数字信号结果与阈值 进行比较判断，调整采集控制系统的采样速率。为实现本DSP的数字化PFC采集控制方法， 使用了GreenHillsTools进行程序编写。
[0018] -种基于DSP的数字化PFC采集控制方法，方法步骤包括：
[0019] 步骤一、信号采集单元