一種改進的DSP固定點采樣算法

作者：時間：2011-05-23 來源：網絡

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摘要：高頻開關動作產生的振蕩對數字采樣有一定的影響，以Boost型PFC電路為例，分析了受影響區(qū)間，進而提出線性外推的改進算法。最后把此算法運用到一個實驗模型中，實驗結果證明了該算法的有效性。關鍵詞：數字信號處理；功率因數校正；采樣算法

圖1Boost型的PFC原理圖

1引言

電力電子裝置中采用的PWM技術由于能有效地抑制諧波，動態(tài)響應好，使變流器的可靠性大大提高。工作頻率越高，上述優(yōu)點就越突出。 PFC的反饋調節(jié)一般采用PWM技術。PWM技術要求功率電路具有高的工作頻率，因而對控制電路頻率也提出相應的要求。傳統(tǒng)的模擬控制已逐漸由具有處理速度快、靈活、精確、可靠等優(yōu)點的數字控制所取代。具有高速處理平臺的數字信號處理器（DSP）是一個較理想的選擇。采用DSP作為PFC的控制電路，概括已有的研究成果，作者認為：采用傳統(tǒng)的固定點采樣方法，由于開關點的不確定，容易受開關通斷動作時所出現的高頻噪聲的影響，以至采樣準確度大受影響。為使受控系統(tǒng)能夠穩(wěn)定工作，文獻[2]提出了跳過受影響的區(qū)間進行采樣的算法,即不定點采樣算法，取得了不錯的效果。本文針對開關動作對采樣的影響，詳細分析了存在的開關振蕩區(qū)間，并給出其表達式。在此基礎上，提出針對該問題的另一種解決辦法——線性外推的固定點采樣方法，并給出了采樣點的選取原則。將此算法用于一個實驗模型中，實驗結果證明了理論分析的正確性與線性外推算法的可行性。

2基于DSP的PFC控制策略

基于Boost的PFC原理如圖1所示。

有源校正的目的是，在滿足負載電壓為平穩(wěn)的直流電壓前提下，通過PWM策略控制開關器件的通斷，使通過電感L的電流即網側電流具有近似正弦的波形，且與網側電壓相位相同，整個電路的功率因數接近1，具有功率因數校正的目的。

圖2含高頻諧振的采樣電流(5A/div）

傳統(tǒng)的采樣模擬控制，其控制部分如圖1中的虛線框所示，若用DSP，則該部分的功能由DSP及其外圍設備代替?？蛑械年P鍵部件為基準信號發(fā)生器（也稱乘法器）。其輸入信號由反映輸出電壓精度的誤差信號和反映網側的電壓信號組成，其輸出作為控制開關管的基準與反映電感電路iL的信號比較，進行控制開關管的通斷時間。因此必須采樣輸入電壓Vin，輸入電流iL，和輸出電壓Vout。對它們不失真采樣是實現網側電流正弦，保持輸出電壓穩(wěn)定的關鍵。一般的策略是：本開關周期利用上一周期計算的開關時間值控制開關，利用本周期的采樣量計算下一周期的開關時間，依次類推。

3單周期單采樣方法的現狀

為了提高轉換器的開關頻率，一般采用每周期采樣一次的方法。但由于開關噪聲的存在，在開關動作時總伴隨著一定時間的高頻振蕩，如圖2所示。如果僅有的一次采樣剛好發(fā)生在振蕩區(qū)間，無疑將使采樣失真，直接影響電壓的穩(wěn)定。事實上這種情況是存在的。

幾乎所有的脈寬調制電路的開關點是不定的，這在PFC類型的電路中尤為突出。因為其輸入是正弦波，有零到峰值的變化范圍，所以要保持輸出穩(wěn)定，相對應的占空比必須有接近于1到0的變化范圍。這樣就會導致在某個時間段，采樣總會發(fā)生在高頻振蕩區(qū)間。文獻[2]采用一定的算法避開此區(qū)間采樣，即不固定點采樣算法，取得了比較理想的控制效果。

4線性外推的采樣算法

設開關周期為T，定點采樣時間為χ，采樣時間為tsam，振蕩時間為tosc，占空比為D，Uinsinωt為輸入電壓，U0為輸出電壓。

4.1PWM調制的占空比分布

由于正弦波周期遠大于開關周期，故可以直接運用Boost電路的直流增益公式=ωt≠0，π(1)D=1－sinωt(2)

圖3中，顯示了一個正弦脈沖中的占空比的變化情況。

4.2采樣到諧振信號的區(qū)間推導

可見，在一個脈沖周期內，占空比先由1變到0，再由0變到1。如果采用固定點采樣，將可能在兩個對稱的區(qū)間上采樣到開關諧振信號。由于對稱，故只需求解0—π/2的區(qū)間。

由圖4可知，在0—π/2的區(qū)間中，可能采樣到開關諧振信號的區(qū)間為

χ－toscDTχ＋tsam

結合式（2），此區(qū)間用角度表示為θ=arcsin〔(1－)〕－arcsin〔(1－)〕

(3)

因為θ′0，所以χ越大，θ越小。但為保證在T－χ時間內能夠完成下周期占空比的計算，不能太大。