[发明专利]一种基于硬件的功率因素校正装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于硬件的功率因素校正装置和方法，属于电学领域，更具体而言，具体涉及一种PFC模块只是一个独立外设，而不是一个独立的处理器的基于硬件的功率因素校正装置和方法。

背景技术

功率因素（Power Factor),是代表有效功率与视在功率的关系，也就是有效功率除以视在功率的比值。基本上功率因素可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因素值越大，代表其电力利用率越高。而电源供应器上的功率因素校正（Power Factor Correction,PFC)电路运作原理是去控制及调整交流电电流输入的时间与波形，使其与交流输入电压波形尽可能一致，让功率因素趋近于1。这对于电力需求量大到某一个水准的电子设备而言是很重要的，否则电力设备系统消耗的电力可能超出其设计时所欲达到的规格。

功率因素校正功能的算法较为复杂，且实时性要求较高。其实现方式可以归纳为三种，一种是纯硬件方式，一种是基于微控制器或DSP的纯软件方式，一种是软硬件结合的方式。

纯硬件方式需要一颗独立的芯片从而增加了成本，而且灵活性不足。

纯软件方式实现时，由于PFC算法的复杂性，该算法的编码、调试和测试不仅会对开发人员有较高的技术要求，而且往往会占用较多的开发时间。纯软件方式还意味着较高的软件维护成本，而且其代码的可靠性往往依赖于编码和测试人员的个人经验和专业性，不是很容易控制。

IR公司采用了第三种方式，其电机控制MCU将电机矢量控制算法硬件化为电机控制引擎（MCE），其中包含了PFC功能。但在架构上，MCE相当于一个独立的处理器，有自己独立的程序空间，MCE的程序通过一个运动控制序列发生器来实现算法的灵活性。由于MCE与CPU采用不同的核，MCE需要采用专门的编译器和目标代码链接工具，这使得开发过程较为繁复。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种基于硬件的功率因素校正装置和方法，将复杂的PFC算法硬件化为微控制器的一个独立外设，配合专门的调试工具，开发人员只需配置参数，无需编程就可实现PFC功能。本发明大大降低PFC应用的技术门槛，缩短开发时间，而且可靠性上更容易得到保证，几乎没有软件维护成本。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种基于硬件的功率因素校正装置,包括一个PFC模块，所述PFC模块只是一个独立外设，而不是一个独立的处理器，它的控制参数向CPU完全开放，不需要额外的编译工具和目标代码链接工具，只需要通过CPU就可以对其进行操作。

进一步地，所述PFC模块包括：

采样数据请求模块，用于对直流母线电压、整流之后的交流输入电压，及整流之后的交流输入电流采样的请求、响应，及获取ADC数据；

寄存器模块，用于响应CPU对PFC外设的参数配置，及将PF调节中的过程数据反馈给CPU。配置参数包括：各PI环的参数、直流母线电压参考值(VdcRef)、全程有源或部分有源PFC实现方法选择信号；

电压PI模块，用于参考(VdcRef)与实际(Vdc)的直流母线电压间的PI调节；

计算参考电流模块，用于电流PI模块所需的参考电流的计算；

电流PI模块，用于参考(IacRef)与实际(Iac)的整流之后的交流输入电流间的PI调节；

PWM波形生成模块，用于符合要求占空比的PWM波形输出。

更进一步地，所述采样数据请求模块输入端Vdc_ack、Vac_ack、Iac_ack、Vdc_data、Vac_data、Iac_data，输出端Vdc_req、Vac_req、Iac_req,连接所述PFC模块外部，输出端Vdc_data_conv、voltpi_start连接电压PI模块，输出端Vac_data_conv连接计算参考电流模块，输入端Parameter_config连接寄存器模块，输出端Iac_data_conv连接电流PI模块；

所述寄存器模块输出端Parameter_config连接电压PI模块、计算参考电流模块、电流PI模块和PWM波形生成模块，输出端VdcRef连接电压PI模块；

所述电压PI模块输出端iref_start、Vpio连接计算参考电流模块；

所述计算参考电流模块输出端currpi_start、IacRef连接电流PI模块，输出端part_apfc_mask连接PWM波形生成模块；

所述电流PI模块输出端ipi_done、Ipio连接PWM波形生成模块；