《PFC控制系统设计详解》
功率因数校正（PFC）控制系统是现代电力电子设备中不可或缺的一部分，尤其是在UPS（不间断电源）系统中，它确保了电源的高效、稳定及低谐波。本文将深入探讨PFC控制系统的双闭环设计，包括电流环和电压环的构建，以及涉及到的关键参数计算和控制器设计。
PFC控制系统的双闭环设计由电压外环和电流内环组成。电压外环负责维持直流输出电压的稳定，电流内环则用于控制电流的瞬时变化，以提高电压响应速度并实现电流保护。电流内环的快速响应可以有效地限制过大的电流，防止设备损坏。
在控制器设计中，通常使用的是基于PI调节器的结构，该结构通过增加一个极点来增强控制性能。设计的目标在于确定比例增益K、零点a和极点b，以优化系统的响应特性。多环控制系统设计的原则是先设计电流内环，然后设计电压外环，外环的输出作为内环的设定值，内环需快速响应，外环则主要关注抗干扰性能。
电流环设计是PFC控制系统的核心。以3K/220V的PFC为例，可以通过小信号模型建立占空比到电感电流的传递函数，这有助于理解系统的动态特性。当截止频率高于3000 rad/s时，可以将对象视为积分环节，简化设计过程。电流环的截止频率通常设定在8000 rad/s（约1.3kHz），这样既能满足快速响应需求，又能过滤掉高频电流成分，降低THDi（总谐波失真）。
反馈回路的传递函数计算包括采样回路、滤波电路和差分电路的传递函数，这些都影响着系统的稳定性和精度。同时，DSP控制器的延迟也需要考虑，通常采用纯延迟环节等效延迟时间，并通过Pade级数展开来研究其相位滞后特性。
电流环的控制结构图展示了电流环调节对象的开环传递函数，其在低频段具有积分特性。纯延迟环节的存在导致了相位延迟，这在设计时必须予以补偿。为了保证系统稳定性，需要在控制器设计中引入零点或微分环节，以补偿相位滞后。
总结来说，PFC控制系统的复杂性和挑战主要体现在电流环和电压环的精细设计上，包括传递函数的建立、控制器参数的选择和延迟的处理。通过对这些关键技术的深入理解和精确计算，可以实现高效、稳定的PFC控制系统，从而提升电源系统的整体性能。
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