单相PFC电路的设计和仿真

2力电子变换器会使输入电流产生畸变，在电源环境中引起谐波污染。决了这个问题。有源功率因数校正运用的广泛，其采用了功率MOSFET、IGBT等全控制策略，设计了一个主电路采用Boost型变换器拓补结构的单相PFC控制器。控制策略上采用了闭环控制结构，控制算法运用了PI调节，并在Matlab上以CCM可行性。这个设计方案运用到电子镇流器和UPS电源这两个实际案例中，实现功率因数校正，验证出关键词：APFC、Boost型AC-DC变众所周知，电能是目前最广泛使用的能源形式，它具有输配方便的特点。众多设备第一次通将50Hz的AC电源转换为DC电源，第二次的时候将其转换为其他电压水平的DC电源或其他频率的AC传统保守的AC-DC电力电子转换变换器由整流成为在电力方面的主要公害，带来电力环境的谐波污染和电能浪费。许多国家和国际组织谐波问题在世界各地都有许多学术团体举行。20年代90年代，高能效的AC-DC电力电子变换器件，例如电力金属氧化物半导体场效应晶体管和绝缘栅双极晶体管以及脉宽调制技术（PWM）被使用力电子转换技术称成功率因数校正技术，因为控制技术使输入到电网的电流更接近单位功率因例如，如图所示，220V交流电通过被二极管整流桥转换为直流电是充电电流）在一个周期的短时间内变高，出现了尖顶波，这是因为整流二极管的非线性对于这种畸变的电流通过傅里叶分析，里面除了含有基波之外，含有相当多的高次谐波分％，％，％，害，电力系统被污染并干扰通信系统被污染。还（原为正弦波）。同时它会导致电路故障并损坏设备，例如过3）用于补偿电网中无功功率的电容器中可能会发生局部串并联谐振，从而导致6）开关期间电流和电压波形的上升沿或下降沿囊括众多的高次谐波分量，导致周围电;4功率因数校正技术（PFC）可以分为无源功率因数校正技术联连接以绕过谐波。其结构不复杂，投资相对低廉，操作可行性突出，运行成本低等特点使其成并且由于LC（电容和电抗）参数的漂移而导致滤波特性发生变化，滤波性能变得不稳定，并且响。与此同时，只能抑制原始设计要求中指定的谐波分量。谐波含量路，从而导致整个无源滤波器装置的体积大，损耗高。考虑到实际成本的问题，增加无源滤非线性负载，并且通常会保护电源系统。与无源滤波器相比，APF是一种有源补偿设备，等效相反方向上产生与电网谐波相同幅度的谐波，从而改善了动态性能和失调。减少电网中的谐于电压源的APF由于其结构不复杂，重量轻，损耗小，成本低并且易于复用而具有用于开关装有这样的一些特点，在工业领域，这种APF通常被认为是首选的应用程序项目。有源滤波器（A如图所示，其中对来自非线性负载的电流谐波信号进行补偿，并且APF产生并抵消相同的相反补偿电流，以此来抵消掉原本由非线性负载所产生的谐波电流，让整个电网中只正常情况下，APF是集中控制，可以响应于频率和幅度的变化来分析，动态跟踪和校正特定非转换器，另一种是转换器不连续地运行传导模式。连续导通模式下的电压跟踪器PFC技术，乘法器电路根据输出电压反馈信号控制正弦参考电流信号，以获得可调的输出电压。它采样并控要优点是输入电流波形很“乖巧”地跟踪输入电压波形。缺点是输入电流波形是脉动的三角非线性负载（例如电力电子设备和开关电源）已被广泛使用。加上当时消费电子产品的不谐波这一方面所带来的巨大危害。这种环境为开发功率因数校正技术提供了前景。在1990传统保守电路控制中使用的模拟控制系统已经研究了很多年，并且模拟控制技术已经非常成制系统具有其自身的不好之处，包括需要大量的分立长期稳定性都被模拟组件的老化，不可补偿的温度漂移以及对环境干扰（电磁噪声，工作众多发达国家已开始抢先采用各种功率因数校正（PFC）方法来夺取“绿色能源”革IEC555-2，EN60555-2等。这限制了电子制造商连接到网络的电气具有PWM控制模式的整流器可以获得更好的单位功率因数，减少线电流失真，并非常适合功率电子设备的功率因数校正和谐波抑制。近年来，与加剧谐波污染有关的谐波标准的流器的研究和发展提供了动力。全控型的电力电子设备的不断成长和高容量也为开发高功率PW5（2）第2章在分析功率因数校正原理的相关基础上，介绍了最常用的带升压（3）第3章重点对前面单相PFC电路理解的基础上进行Matl，：组等损耗加大，严重影响电网供电质量，导致电网崩溃。输入电流畸变因数入电流波形畸变，使用电器产生机械谐振，损坏用电设备。因此，功率因数校正电路就是一个纯电阻特性的谐波抑制电路。由此说来，单相功率因数校正是在输出负载和单相全桥二极管整率电子开关设备，该设备被PWM控制，以便可以整流整个整流器电路的输入电流，跟踪电网频理想情况下输出电压V0的波纹很小，为直流，6间段，电压传输比率到达最大值。在实际中是是不存在能触碰到无穷大的电压传输比功能，这也体现了功率因数校正电路在输入电压为0的一小范围内不能够有效的工作。理想情况下开关器件的开关频率远远大于工频，输入电流开关波纹小，忽略不计，;2[st]=i，1）为了能够实现功率因数校正，插入子电路的电为了实现功率因数校正，这就要求必须控制好插入子电路输入电流的波形，使其波形跟随ve(a)=lve(wt)不难看出，误差放大器让输出电压更好地跟踪参考值。误差放大器的频带一7抑制输出电压的开关波纹，便于我们把它看成在一个工频周期内，它的输出电压基本波形和的波形相同。整流桥直流侧电流的控制采用电流跟踪控制，根据实际升压转换器具有许多优点，就像易于控制，连续输入电流和低纹波电流等等，被得以加通俗易懂，升压转换器主要用于说明和分析。当下单相功率因数控制校正，大多数都是采用Boo入子电路。为了实现单相功率因数校正，需要通过对单相Boost型功率因数校正转换器中的开关控制，整流器交流输入电流的瞬时值被迫跟随网侧交流电压的瞬时值的变化。对于Boost型变换感L中电流的导通情况，可大致的分为电感电流断续模式（DCM）和电感电流连续模式（CCM）。一种模式来说，电感电流连续模式并不像前者一样通态损耗大，它的输入电流波纹相对前者来说小第一个阶段，在开关周期阶段时，假设通过电感电流保持在通常我们研究的一个工频其实就是在没有电流电感为零的区间，这是拓补电路工作在电感电流模式的一种方式情况情况下，忽略掉输入整流桥二极管的导通压降，开关管为理想开关器件，整流桥的直流侧输出电压的瞬时值为。从上面这条式子可以看出，在电感储存磁能这个阶段，电感电流正处于一个上升的。第二个阶段，在电感释放磁能阶段（D时，开关管则是处于关断8输出负载输配电能，与此同时也向电容充电，电容储存的电量持续增加。电感L在电感能，在电感释放磁能阶段向输出释放，但是在电感电流连续模式下，电感L但单纯控制占空比D，是不能达到输入电流正弦化。图中所示为占空比函数跟脉宽调制信号。模式下，根据正弦函数定律，每个半功率频率周期中开关管的占空比取决于电网侧的输入电压转变为零的时刻，占空比达到它的Max值为1；输入电压的瞬时值过最大值的的时刻，占空比达到它从控制的角度入手，整个控制回路包括输出电压控制回路和电感电流控制回路这两输出电压控制回路，即电压外环。它的作用是达到输出电压是把给定输出电压参考值减去实际输出电压测量值，经电压PI调节器VA计算之后输出一个反映网侧应向变换。控制误差电压假设保持恒定，则乘法器调制的瞬时电流与电网侧的瞬时电压成比例，这样出不一致。为了不让开环时被迫出现极差的工作频率为50Hz的时候，电压外环的宽度不允许超过100Hz，因此输出电压会由于电网电压侧整流桥电压波形的瞬时值的变化，电流参考信号的变化幅度由前面电压PI调节器的输出来设实际的网侧输入电流跟随其参考指令值来变化。电流参考指令值来自乘法器的输出量值，电流环能够让网侧输入电流与网侧电压相同，波形为正弦调节器的输出和参考信号的大小成比例。采用滞环控制，能够使实际的电感电流在其参考指动的幅值与滞环宽度相关。通过将电流PI调节器作为脉冲宽度调制调制信号际测量值之间的差。开关管V的占空比D由脉冲宽度调制控制输出控制，让电9近似为高频下的短路。在省略等效串联电阻输出滤波电容所带来的影响的为上述的电流环控制方法原理上是使电感电流的开关采样控制理论的一个重要结论是：通过惯性将具有相同脉冲（窄脉冲面积）但形状不同的性的环节，并且环节输出处的相应波形大致相同。每个输出波形的傅立叶变换分析表明，低如果将图中的半正弦波划分为N个相等的部分，则可以将半正弦波视为连接了N个宽度相等且等于π/N，但幅度不相等。脉冲的上部是曲线，正弦波定律变化则是每个脉冲脉冲序列替换为具有相同数量的振幅和宽度不相等的矩形脉冲，PWM波形便自然而然的出如图所示，在大多数的开关模式变换器中,PWM由三角波信号发生器和比较器组成否则变关断。比较之后输出脉冲序列，脉冲的占空比-PWM的输出信号由驱动部分的功率放大之后驱动开关管V的通断，使追操作系统：Window10软件：MaMatlab软件是Mathworks公司推出的一种数值计算软件，分为通用软件包和几个工拓补电路的仿真，我们重点使用Simulink来进行仿真。对于单相功率因数校正拓补电路的采用Boost型变换器作为插入子电路，在Matlab/Simulink中建立全桥式的整流器直流侧在一般情况下，输入电网电压有效值在85至256V之间直流电压指令值为400V，这可以通过Simulink\Sources模型库中的常量I=0,R=5,;Boost电路中二极管参数，。负载电阻22Ω;将仿真参数的Start体积大、电压应力高、频闪高、损耗高和功率因数低等非常致命的缺点（0.4—0.5），不仅极其严重的干扰到其他用电设备的正常运行。新型的交流电子镇流器的出现很好地解决了这器大多含有滤波整流电路、单相功率因数校正电路等结构，这样可以消除掉滤波，大大的数，使其接近于1。将设计的单相功率因数校正拓补电路Matlab模型应用到电子镇流器这个能够达到有效地抑制电源电流的波形畸变，将系统功率因数校正为接近1的状。滞环宽度设为[-1,1]，即Relay中的Switchonpoint为1，Switchoff直流电压在刚开始的时间急剧上升之后在400V左右上下做小浮动，平均值为401.1V。直流电压调节的要求。直流侧电压随时间波动，如图所示，并执行FFT分析，直流电压波从下面这一幅图可以观察发现电流和电压同相，换句话说，我们可以得到功率因数基=os1=0.996传统的直流不间断电源（UPS）运用了相控整流技术。设备整体上存在动态响应偏慢、交流高、体积大、功率因数低等缺点。对于海上运输的船，随着DCUPS设备在船上提系统，越来越严格地要求船用电力系统的电磁兼容性，尤其是在DCUPS电源的输入与坏将直接影响到这些设备和系统是否能够正常工作。新型的高性能整流器具有用三个单相功率因数校正拓扑电路来实现三相功率因数校正。所有船舶均使用三相，三线电源220V，以进行单相功率因数校正。通过Scott变压器将三相三线380VAC输入转换在APFC模块中进行我们所需要地功率因数校正，输出电压为400V，在电流状态下控制，最后降直流电压调节的要求。直流侧电压随时间波动，对其进行FFT分析，如图所示。从图中可以=vos1=0.9997412控制电路控制正弦波的输入电流，并采用保持输出电压恒定的双环路反馈控制方法，因此增加流内部环路将全波整流后的输出电压输入到功率因数校正控制器，以便电流跟随输入电压，定律变化。电压外部环路用作输出直流电压的反馈控制，PWM驱动信号调节电源开关的占空比如果系统电网侧的输入电压和输入电流波形不是PFC，则很明显输入电流会严重失网阻抗，电流畸变会威胁到电网电压，从而增加总谐波畸变。功率因数会更低。与添加了PFC较，可以看出，电网侧的输入电流从窄脉冲波形变为极为漂亮美丽的正弦波，在相位上自仿真表明，总功率因数达到0.99996997，总电流谐波小于3％。这使电子镇流器的功率线电流，跟踪输入电压，并有效减少谐波失真。3.4.从仿真图中可以看出，输出电压能够很好地保持在400V左右，这符合了不间断电源中模的要求，同时也说明在加入单相功率因数校正控制系统后，另外，在添加单相电源之后，可校正控制系统和输出电压。它减少了电感器电流纹波，并基本满足控制电路的调节和控制要求。观察发现纹波电压顶部的数值保持在10V左右，其电压纹波率小于3%，基本满足我们想要的输求。输入电流波形基本上接近理想正弦波，总的两个虽是不同的实际案例，但其实本质上对于功率因数校正的要求是一致的。应用完的功率因数提高到接近于1，在总谐波失真这一方面