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基于MSP430的高功率因数电源设计方案
[发布时间]:2012年3月16日 [来源]:电子发烧友 [点击率]:5422
【导读】: 基于有效提高电力资源利用率、减小谐波污染、提高电网输电效率和电质量的目的,设计了一款基于低功耗单片机MSP430 的高功率因数电源。本系统以单片机MSP430 为控制和运算核心,测量出系统的功率因...

1)电感电流检测电阻的选取

在电感电流超过最大值电流25%时,ISENSE 脚电压达到软过流保护阀值的最小值,RSENSE将触发软过流保护。RSENSE应满足如下条件:

  

其中VSOC(min)=0.66 V。I L_PEAK(max)为最大峰值电流。

此外,为保护芯片免受冲击电流的冲击,在ISENSE 脚处串联一个阻值为的220 Ω 电阻(如图2 中的R1)。

2)输入滤波电容的选取

在允许有20%的电感电流纹波IRIPPLE和6%的高频电压纹波U IN_PIPPLE的情况下,输入滤波电容的最大值Cin由输入电流纹波IRIPPLE和输入电压纹波U IN_RIPPLE(max)决定。输入滤波电容的值可通过以下公式计算:

  

其中fsw =65 K,ΔI RIPPLE =0.2,IRIPPLE =ΔIRIPPLE I IN_PEAK (max),ΔV IN_RIPPLE =0.06,V IN_RECTIFED (max) = √2 V IN (max) ,V IN_RIPPLE (max) =ΔVIN_RIPPLE V IN_RECTIFED(max)

3)升压电感的选取。

升压电感的最小值根据最坏的情况(占空比D 为0.5)计算得出:

  

系统主回路如图2 所示。

 

                          图2 主回路

2.3 功率因数测量电路设计

采用相位差测量法。利用电压电流互感器分别对电压、电流信号进行提取, 然后用精密仪表放大器INA118 对电压电流进行放大至饱和,经TLC372 整形后,测出相位差,相位差Φ 的计算原理是利用输入2 路信号过零点的时间差,以及信号的频率来计算2 路信号的相位差,首先测量单路输入信号频率,方法是记录1 路方波信号2 次连续上升沿触发的定时器计数值N1和N2,计算出2 次上升沿计数器差值ΔN1=N1-N2, 以定时器工作频率fclk为参考, 求出输入信号的频率为Fin= fclk ΔN1 。运用TI 低功耗单片机MSP430F449 的捕获功能,捕获2 路信号的过零点,记录定时器这一时刻的计算值,计算出它们之间的时间差。TI 公司的所有的FLASH 型单片机都含有Timer_B,它是程序的核心,Timer_B 由1 个16 位定时器和多路比较/ 捕获通道组成,2 路信号的相位差,Δ=360°×Δt Ti其中,ΔN2为2 路信号的上升沿分别触发计数器的差值;Ti为输入信号的周期。由相位差的计算可简化为:ΔΦ=360°×Δt ΔN1 =360°×ΔN2 ΔN1×fclk , 为防止计数器溢出,参考时钟设置为1 MHz,测相时最大计数值为1000 000/50=20 000《2∧16-1=65 535;且每次测相前都对计数器B 清零。最后经余弦运算即可测得功率因数。负载端输出电压、电流经采样可算出系统视在功率。根据公式P=S×cosθ,Q=分别计算出电源的有功功率、无功功率。该方法操作简单、可达到很高的精度。电路如图3 所示。

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