8位单片机在镇流器和功率因数校正中的应用
来源： 作者： 发布时间：2015-04-08 07:09:55 浏览量： 数字控制下的模拟电压缩放
现在回到关于PFC的讨论，我们明确了需要为连续电流模式方案生成一个与输入交流电源正弦电压同相的参考波形。实现这一点的一种方法是利用PWM模块产生一个模拟电压(PWM输出驱动一个低通滤波器，如图4所示)，然后再根据单片机中存储的查找表来改变输出频率和幅度。但这种产生模拟参考信号的方法非常耗费资源，因此将这一方法作为动态软件反馈环的一部分比较困难。
控制线性信号的另一种方法是用数字方式对模拟信号的幅度进行缩放。例如，PFC电路通过比例缩小输入交流主电源波形为逆变器的初始升压部分，生成一个参考信号。这种按比例缩放保证了对交流电源的负载与电压成比例，逆变器看起来是阻性的。在电子镇流器应用中，逆变器必须根据其输出的中间电压数值来缩放参考值，因此实现PFC时需要一种方法来缩放PFC用做参考的交流信号(参考文献3)。
数字分压器是实现输入信号比例缩放的最简单方法。然而，对于低频率的模拟系统，如电子镇流器的交流电源，可采用基于CC一体电感器P的另一种方法。
这一方法采用了一个简单的低通RC滤波器，一个MOSFET晶体管和一个数字PWM输出，如图5所示。低通滤波器的转折频率必须是模拟功率信号最大频率的100倍左右，这样滤波器的响应特性才不会影响到信号的幅度或相位。同样，PWM频率必须是RC滤波器转折频率的约200倍，这样PWM频率就不会超过滤波器能量限制。
图5的电路利用PWM信号调制Q1 MOSFET，从而对输入信号进行了“短接”共模电感器。此外，这一电路仅允许原始模拟信号的一个特定百分比通过滤波器输出。允许通过滤波器的输入信号百分比由PWM占空比决定，而这一占空比受单片机的软件控制。然后，一个一阶低通滤波器(由R2和C1组成)滤除PWM信号中的调频成份，并将信 号平滑为原始正弦信号波形。结果就构成了一个简单的模拟交流输入电压比例缩放电路，仅采用了几个无源器件、一个晶体管和一个常见的数字PWM外设。
然而，需要注意这一技巧存在一些局限。
●模拟信号的最大频率谐波必须小于RC滤波器的转折频率，才能防止信号失真；
●相对于RC滤波器的转折频率，PWM频率越高，滤波器对PWM频率的衰减越大；
●由于滤波器中电阻器分为两个(R1和R2)，PWM信号所感受到的实际转折频率是模拟信号感受到频率的两倍。
软件铁芯电感闭环控制
本设计中还需要的一部分是功率逆变器输出和电子镇流器PFC部分之间的反馈环。利用一个ADC通道测量直流总线输出电压，然后再将此信息馈送到PWM控制器，在PFC模块内确定模拟传感器的比率，这样就可以实现这一反馈。如图6所示。
其它参数，如灯管的总电流消耗，可以利用单片机上的ADC通道采样获得。过去，仅仅是利用输出电压以及生成这一输出电压的模拟参考信号之间的直接比例相关，现在则可以将ADC测量结果送到更精密的软件PID环滤波器，这样可以获得更好更平滑的闭环控制。
图7给出了完整的设计，其中集成的嵌入式单片机同时用于PFC控制、电流控制反馈环和功率逆变输入频率控制(频率增量最小为64Hz)。
PIC16F88X采样PFC模块输出，并确定需要的频率调整量，因为PWM输出驱动数字/模拟比例塑封电感缩放电路。应用中也使用了ECCP模块的中断机制驱动半桥功率逆变器，利用简单的软件抖动方法获得更精细的步进值。
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