本論文主要針對主動式功因修正(PFC)電路作相關研究，並以DSP為基礎發展出一套數位式控制器的電路。在本論文中，以比例積分控制器當作電流迴路、電壓迴路的控制核心，以達到控制昇壓式轉換器功因校正的功能。最後，製作昇壓板轉換器並連接DSP-based的控制電路，量測實驗波形、並驗證功因修正功能。由本論文也可延伸出，只要更改DSP程式上的控制法則即可驗證其功因的DSP-based模擬平台。

The thesis aims to the research of active power factor correction (PFC) circuit and develop a DSP-based digital controller. In the thesis, PI controller is the control core for the voltage loop、and current loop, and then achieve the function of the power factor correction of boost converter. Finally, we develop a boost converter and connect it to a DSP-based controller to measure the waveforms and verify the power factor correction. Furthermore, the research can be extended to a simulating platform which we can verify the power factor correction by just changing the control law on DSP .

摘要 I
Abstract II
圖目錄 V
表目錄 V
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究方式 1
1.3 論文架構 2
第二章 功率因數校正技術介紹 3
2.1 功率因數定義 3
2.2 主動式功因修正電路 5
2.2.1 二極體橋式整流器 5
2.2.2 功因修正電路 6
2.2.3 昇壓型轉換器電路 7
2.3 連續導通模式功因修正器 10
2.3.1 磁滯電流控制法 11
2.3.2 峰值電流控制法 12
2.3.3 平均電流控制法 12
第三章 昇壓型轉換器分析與控制器設計 15
3.1 昇壓型轉換器分析與模型驗證 15
3.1.1昇壓型轉換器分析 15
3.1.2昇壓型轉換器模型驗證 20
3.2 控制器設計 26
3.2.1電壓迴路控制器設計 26
3.2.2電流迴路控制器設計 30
第四章 D S P 發展系統 32
4.1 DSP硬體架構 33
4.1.1 Memory架構 34
4.1.2 類比轉數位訊號轉換器架構 36
4.1.3 PWM硬體架構 39
4.2 DSP軟體架構 41
第五章 系統架構 43
5.1 系統架構簡介 43
5.2 功因效正控制器電路 44
5.2.1 比例積分控制器 44
5.2.2 設計離散式比例積分控制器 45
5.3 系統架構規劃 47
5.3.1 系統架構流程規劃 48
5.3.2 撰寫DSP控制器電路架構 49
5.3.3 撰寫控制電路DSP CODE 49
5.3.4 建立交直流轉換電路 51
5.3.5 建立DSP A/D converter周邊電路 51
5.3.5.1 電壓回授電路 52
5.3.5.2 電流回授電路 53
5.3.6 建立DSP PWM 週邊電路 55
第六章 電路模擬與實作結果 56
6.1 電路模擬結果與分析 56
6.2 實作結果與分析 66
第七章 結論與未來展望 78
7.1 結論 78
7.2 未來展望 78
參考文獻 80

圖目錄
圖2-1 電壓波形 4
圖2-2 電流波形 5
圖2-3 橋式整流電路 6
圖2-4 雙級功因修正電路架構 7
圖2-5 常用的功因修正轉換電路 7
圖2-6 昇壓型轉換架構 8
圖2-7 昇壓型電路操作模式 8
圖2-8 功因修正電路之電感上電流 9
圖2-9 昇壓型轉換電路 10
圖2-10 利用乘法器的CCM PFC架構 11
圖2-11 磁滯電流波形 11
圖2-12 峰值電流波形 12
圖2-13 平均電流控制法電路 13
圖2-14 平均電流控制法各區間波形 13
圖3-1標準升壓型轉換器電路圖 15
圖3-2切換元件ON 16
圖3-3切換元件 OFF 16
圖3-4 昇壓型轉換器方塊圖 19
圖3-5功因校正系統方塊圖 20
圖3-6昇壓型轉換器方塊圖 21
圖3-7開迴路頻率響應圖 22
圖3-8 P-spice昇壓型轉換電路 22
圖3-9 p-spice頻率響應圖 23
圖3-10模型驗證比較 23
圖3-11 Matlab昇壓型轉換電路圖 24
圖3-12 Matlab輸出電壓響應圖 24
圖3-13 p-spice昇壓型轉換電路圖 25
圖3-14 p-spice輸出電壓響應圖 25
圖3-15 Matlab、p-spice輸出電壓響應分析圖 26
圖3-16 電壓迴路 27
圖3-17 電壓開迴路頻率響應圖 28
圖3-18 電壓迴路補償器頻率響應圖 29
圖3-19 電流迴路 30
圖3-20 脈衝寬度調變器電路 30
圖3-21電流迴路補償器電路 31
圖4-1 ADSP-21990 EZ-KIT LITE 實體圖 32
圖4-2 ADSP-21990 EZ-KIT LITE 功能架構圖 33
圖4-3 DSP Core Memory Map 35
圖4-4 I/O Memory Map 35
圖4-5 Boot Memory Map 36
圖4-6 控制電路圖 37
圖4-7 ADC功能架構圖 38
圖4-8 Single-Ended Input Configuration for ADSP-2199x 38
圖4-9 simultaneous sample mode 39
圖4-10 PWM Generation Unit 40
圖4-11 標準Single update mode輸出訊號 41
圖4-12 VisualDSP++ 3.0 操作畫面 42
圖4-13 DSP程式控制流程圖 42
圖5-1 DSP-Based功因校正控制電路系統架構圖 43
圖5-2比例積分控制器架構圖 44
圖5-3 ZOH近似積分 45
圖5-4 架構示意圖 47
圖5-5架構規劃流程圖 48
圖5-6 比例積分控制器 49
圖5-7 輸出PWM波形圖 50
圖5-8 P-spice昇壓型控制電路 51
圖5-9 電壓回授電路圖 52
圖5-10 霍爾元件示意圖 53
圖5-11霍爾元件之電流電壓轉換關係 54
圖5-12 電流回授電路 54
圖5-13霍爾感測比較圖 54
圖5-14閘極驅動電路 55
圖5-15 論文整體架構圖 55
圖6-1 Matlab昇壓式轉換電路模型 56
圖6-2 Matlab昇壓型轉換電路大訊號模型 57
圖6-3 Matlab昇壓型功因修正電路大訊號模型 58
圖6-4 Matlab大訊號模型暫態模擬結果 59
圖6-5 Matlab大訊號模型輸出電壓 59
圖6-6 Matlab大訊號模型電感電流 60
圖6-7 負載變動對輸出之關係圖 61
圖6-8電感值變動對輸出之關係圖 62
圖6-9 P-spice昇壓型大訊號轉換電路模型 62
圖6-10 P-spice功因修正系統模型 64
圖6-11 P-spice功因修正電壓輸出波形 64
圖6-12 P-spice穩態輸出電壓波形 65
圖6-13 P-spice電感電流波形 65
圖6-14 實作硬體接線圖 67
圖6-15 縮減後輸出電壓回授到DSP之波形圖 67
圖6-16縮減後電感電流回授到DSP之波形圖 68
圖6-17霍爾感測電感電流與實際送入DSP回授訊號圖 68
圖6-18 縮減後整流過輸入電壓回授到DSP之波形 68
圖6-19電感電流波形圖 69
圖6-20 輸入電壓、電流波形圖(θ=5.03°) 69
圖6-21 輸入電流THD圖(THD=13.36%) 70
圖6-22電感電流波形 70
圖6-23輸入電壓、電流波形(θ=5.45°) 71
圖6-24輸入電流之THD圖(THD=13.77%) 71
圖6-25 電感電流波形 72
圖6-26 輸入電壓、電流波形(θ=6.02°) 72
圖6-27 輸入電流之THD圖(THD=14.03%) 73
圖6-28 電感電流波形 73
圖6-29 輸入電壓、電流波形(θ=6.16°) 74
圖6-30 輸入電流之THD圖(THD=15.60%) 74
圖6-31 電感電流波形 75
圖6-32 輸入電壓、電流波形(θ=6.38°) 75
圖6-33 輸入電流之THD圖(THD=16.90%) 76
圖6-34負載對PF曲線圖 77
圖6-35負載對THD曲線圖 77



表目錄

表5-1 比例積分控制器DSP code 50
表5-2 昇壓型功因校正電路相關元件值 51
表6-1昇壓型轉換電路模型元件參數 57
表6-2 離散時間功因修正器參數 57
表6-3 MATLAB模型功因值計算方式 60
表6-4昇壓式轉換電路模型元件參數 63
表6-5 PI控制器電路參數表 63
表6-6 PSPICE之Output File節錄 65
表6-7負載變動 VS PF 之關係圖 76

參考文獻


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[2] Analog Devices, “ADSP-2199x Mixed Signal DSP Controller Hardware
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程學系碩士論文，民國九十四年六月。

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