利用单片机实现有源功率因数校正(04-100)

　　在二极管整流桥BR1和升压转换器电路之间由一个电流传感器相连。传感器的输出电压VIL与升压转换器线圈中的电流成正比。

　　一个脉宽调制器(PWM)发生器发送脉冲到升压变换器，后者生成与PWM脉冲同步的锯齿波形。这一波形再送到PWM比较器的反向输入端。比较器的非反向输入端连接误差放大器的输出。误差放大器通常包括环路补偿功能。当斜坡上升的锯齿波信号超过误差放大器的输出电压时，中止PWM脉冲。这样，PWM的占空比将根据误差放大器的电压而变化。

　　通过测量电流传感器输出和来自数模转换器(DAC)的目标电压间的差别，误差放大器控制着电流环。如果输出电流太低，将使误差信号变大，引起PWM占空比增加。因此，线圈电流增加，从而使电流传感器输出接近目标电压。相反，如果输出电流太高，误差信号和PWM占空比将减小，从而使输出电流下降。这一过程使得误差放大器、PWM比较器、PWM发生器和升压变压器对于二极管整流桥BR1就像一个电压可编程的电流源。由于误差放大器控制着线圈平均电流，从而也控制着升压转换器输入电流，因此这种控制环在电源行业通常被称为平均电流控制。

　　DAC作为可编程分压计将输入到其参考电压输入端的整流交流波形按比例缩小。DAC的输出电压是整流后交流波形和输入到DAC的数字码的乘积。当数字码增加时，DAC的比例系数也增加。DAC的这一乘法效应对于APFC电路非常关键，因为升压转换器电流就是利用它来调整的。

　　由于DAC输出用做驱动PWM比较器的目标电压，因此升压转换器电流将与整流AC电压波形一样。理论上，在二极管整流桥BR1的输入端，电流和电压波形是完全一样的，两者完全同相，从而使功率因数等于1。然而，在实际电路中，由于各元器件的非线性，电流波形可能在接近过零点的地方有些失真并存在一些谐波失真。在低负载时，这些失真更为突出。当负载增加时，波形的失真与电流幅值相比通常很小，因此对于总体的功率因数数值没有明显的影响。

　　为控制APFC输出电压，本例中的单片机利用模数转换器(ADC)读取APFC输出电压VOUT，计算误差并执行比例积分微分(PID)算法。然后，PID计算的结果被写入DAC。例如，如果输出电压与预期相比太低，那么PID计算结果将变大，从而使DAC比例因数也变大。这一效应将导致升压转换器输出电流增加。因此，输出电压VOUT也将增加，从而使电压误差变小。

　　单片机选择

　　本例中选用的PIC16C782 8位单片机是第一个提供了合适的混合信号外设的单片机产品之一，从而可在硬件中实现PWM闭环控制。不久将推出的PICmicro单片机还将提供增强型捕捉/比较/PWM(ECCP)外设，可以与模拟比较器配合实现实时硬件闭环控制。

　　测试数据

　　在实验室中，对APFC原型电路在420W和130W两种负载条件下进行了测试，测量得到的功率因数分别为0.996和0.963。

　　两种负载条件下的电压和电流波形图见图2和图3。在电流波形中，显示出少量噪声，但不影响APFC工作。通过一些额外的设计考虑可以消除这一噪声。