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文檔簡介
【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】經(jīng)典的功率因數(shù)控制器設(shè)計方案,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)錁?gòu)造的功率因數(shù)校正(PowerFactorCorrection,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開展多任務(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,故項目的理論根底是很成熟的。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?/p>
控制電路采用CCM(電感電流連續(xù))的平均電流控制法。
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。
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)電源開展FPC的實際監(jiān)控和測試。在開展測試時,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,所以要開展通訊的設(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。
所需要的目標(biāo)FPGA開發(fā)平臺,簡述為什么需要此平臺
設(shè)計之初選擇使用AlteraDE2開發(fā)平臺,擴展板AD、DA自行研發(fā),驗證簡單的數(shù)據(jù)采集和通信的功能。終將選擇XilinxVirtexIIPro開發(fā)平臺。理由:設(shè)計之初選擇AlteraDE2板的目的是證明本參賽組對基于FPGA的數(shù)字電路設(shè)計及其應(yīng)用上具有參賽實力。但由于其平臺不具有商業(yè)化的操作,終選擇XilinxVirtex-IIPro開發(fā)平臺是因為項目屬于計算機架構(gòu),嵌入式系統(tǒng),實時操作系統(tǒng),網(wǎng)絡(luò)方面的應(yīng)用,唯Virtex-IIProXC2VP30能夠滿足該設(shè)計要求。
是否需要其它配套的開發(fā)工具
需要配套的調(diào)試和工具
2.方案實施過程中需要開發(fā)的模塊
電流環(huán)控制算法
為了到達(dá)功率因數(shù)校正的目的,使輸入電流跟蹤輸入電壓。就必須開展電流環(huán)的設(shè)計。如圖3-3所示。
輸入電流經(jīng)過ADC采樣后,將數(shù)據(jù)送入加法器和除法器中,得到平均電流。電壓環(huán)的輸出信號與輸入的采樣電壓相乘后得到參考電流。比較器經(jīng)過比較兩個電流的大小。輸出方波信號控制開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷,當(dāng)平均電流等于參考電流時,開關(guān)管關(guān)斷,然后在下一個開關(guān)周期開始的時候在讓開關(guān)管導(dǎo)通,繼續(xù)采樣電壓和電流。
電壓環(huán)控制算法
電壓環(huán)的控制部分采用PI控制算法。由于此算法有許多明顯的優(yōu)點,如系統(tǒng)穩(wěn)定,控制方便,算法易于設(shè)計等等。
3.系統(tǒng)終要到達(dá)的性能指標(biāo)
PF至少到達(dá)95%以上。
能實現(xiàn)本地和遠(yuǎn)程控制。
需要的其它資源
1.設(shè)計輸入輸出功能子板
完成數(shù)據(jù)采集與反應(yīng)控制的AD、DA擴展板,自行研制,07年11月以前驗收。
2.測
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