功率因數(shù)控制器設(shè)計方案及完整硬件框圖

　　項目背景及可行性分析
　　項目名稱、項目的主要內(nèi)容及目前的進(jìn)展情況
　　項目名稱：基于FPGA的功率因數(shù)控制器
　　項目的主要內(nèi)容：為了進(jìn)一步提高電源功率因數(shù)和降低對電網(wǎng)造成的諧波污染，各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的功率因數(shù)校正（Power Factor Correction，PFC）技術(shù)已經(jīng)成為電力電子技術(shù)研究的熱點之一。開發(fā)一款通用的功率 項目主要的控制算法部分用硬件描述語言實現(xiàn)，并做成控制模塊添加到FPGA系統(tǒng)中。在軟件設(shè)計部分，采用μC/OS-II進(jìn)行多任務(wù)調(diào)度來實現(xiàn)PC機的人機界面控制、本地調(diào)試和遠(yuǎn)程控制接口的通訊等。
　　項目關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點的論述；
　　項目的關(guān)鍵技術(shù)：首先是浮點數(shù)運算，還有流水線設(shè)計以及模塊的分時復(fù)用等。
　　創(chuàng)新點：傳統(tǒng)的PFC數(shù)字控制器都是基于DSP的，本項目用FPGA代替?zhèn)鹘y(tǒng)的DSP芯片。
　　技術(shù)成熟性和可靠性論述：
　　由于PFC模擬和傳統(tǒng)的DSP控制已經(jīng)大量應(yīng)用，故項目的理論基礎(chǔ)是很成熟的。但由于以PFGA系統(tǒng)級的設(shè)計作為PFC的手段，在市面上幾乎沒有，所以用FPGA設(shè)計PFC具有前瞻性的意義。
　　項目實施方案
　　1.方案基本功能框圖及描述
　　功率電路選用Boost升壓型拓?fù)洹?br /> 　　控制電路采用CCM（電感電流連續(xù)）的平均電流控制法。
　　
　　圖3-1 PFC原理框圖
　　電壓環(huán)通過調(diào)節(jié)平均輸入電流來控制直流總線電壓，實現(xiàn)功率因數(shù)校正的首要任務(wù)；電流環(huán)控制交流輸入電流使之跟蹤輸入電壓，實現(xiàn)功率因數(shù)校正的第二個任務(wù)。具體過程是：輸出電壓分壓后與參考電壓比較，然后經(jīng)電壓控制器處理，得到電壓控制信號；電壓控制信號與輸入整流后的電壓值相乘，得到電流的基準(zhǔn)信號，此基準(zhǔn)信號中不僅包含了調(diào)節(jié)輸出電壓的信號成分，而且也包含電流所要跟隨的正弦信號成分；輸入電流與基準(zhǔn)信號比較后輸入電流控制器，得到一個輸出為電壓占空比的信號，此信號通過PWM發(fā)生器驅(qū)動開關(guān)管通斷。
　　
　　圖3-2 PFC數(shù)字控制原理框圖
　　2.需要的開發(fā)平臺
　　提高高頻電源的功率因數(shù)
　　這也是PFC的目的所在。PFC的首要任務(wù)：利用校正電路將沿正弦波曲線的上升和下降的不同輸入電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的，比輸入正弦電壓幅值稍高的直流輸出電壓。第二個任務(wù)：檢測輸入電網(wǎng)的電流并使它變?yōu)榕c輸入電網(wǎng)的電壓同相位的正弦波。
　　人機界面監(jiān)控以及本地調(diào)試和遠(yuǎn)程控制
　　通過人機界面，設(shè)定各種控制參數(shù)就可以對高頻開關(guān)電源進(jìn)行FPC的實際監(jiān)控和測試。在進(jìn)行測試時，由于電源是在現(xiàn)場（本地），而監(jiān)控測試可能在遠(yuǎn)地，這時本地和遠(yuǎn)地的通訊就尤為重要，所以要進(jìn)行通訊的設(shè)計。
　　需要的器件
　　A/D、D/A能采樣1MHz的中頻信號，精度8-10位以上；DSP功能強勁；支持MicroBlaze和PowerPC；SRAM等。