基于Matlab的高功率因數(shù)校正技術(shù)的仿真

　　4.2模擬控制PFC的設(shè)計

　　基于UC3854的模擬PFC如圖4所示：電路的顯著特點(diǎn)是引入儲能電感L和乘法器M。儲能電感L與高頻開關(guān)S的配合起到電流分配器的作用，當(dāng)開關(guān)管S導(dǎo)通時，二極管D截止，電流流過電感L；當(dāng)開關(guān)管S斷開時，二極管D導(dǎo)通，L將儲存的能量為負(fù)載供電。在二極管D截止期間，負(fù)載電流靠輸出電容Co來維持。如果按照交流線電壓的正弦波形變化規(guī)律來控制開關(guān)管S的導(dǎo)通和截止，有可能使通過儲能電感L的電流波形正弦化。這里電流乘法器M起著很關(guān)鍵的作用，乘法器M實(shí)際上是一個工作頻率正比于正弦線電壓頻率的電流源，該電流源充當(dāng)PWM比較器的參考信號iref 與電路回路電流信號if進(jìn)行比較，并將其誤差轉(zhuǎn)換成驅(qū)動高頻開關(guān)管S的一系列脈沖控制信號。由于參考信號iref完全跟蹤交流市電輸入正弦波電壓的全波整流輸出的正弦信號，這一系列控制脈沖信號的占空比也是嚴(yán)格按正弦分布。控制過程是一個深度電流負(fù)反饋過程，從而實(shí)現(xiàn)交流市電輸入電流波形包括的正弦化。另外，電流乘法器M的輸出電流iref還反比于Boost PFC電路的輸出電壓Vo或正比于輸出電壓比較器的輸出電壓Ve,這意味著Vo也在左右PWM比較器的電流參考信號iref，使Boost PFC電路的輸出電壓Vo穩(wěn)定不變。因此乘法器M起雙重作用，強(qiáng)制輸入電流信號的正弦化和穩(wěn)定輸出電壓Vo。據(jù)圖4和UC3854的功能可在Matlab 的Simulink中設(shè)計模擬仿真模型圖[2]。

圖5 Boost PFC模擬控制器輸入電壓電流仿真

圖6 數(shù)字控制的PFC原理圖

　　4.3仿真結(jié)果及分析

　　仿真參數(shù)：輸入電壓交流VAC=220V；升壓電感L=1mh；輸出電容Co=1410；fk=50Khz；Ro=50 。圖5所示的是模擬PFC仿真結(jié)果：從圖中我們可以看出，模擬控制PFC使輸入電流較好地跟隨了輸入電壓，并且降低了諧波電流，達(dá)到了功率因數(shù)校正的目的。由此可知單相Boost PFC電路的模擬控制方法優(yōu)點(diǎn)是簡單直接，設(shè)計方便；缺點(diǎn)是控制電路所用的元器件比較多，調(diào)試麻煩，電路維護(hù)成本高和不易升級；另外電路適應(yīng)性較差，容易受到噪聲干擾和環(huán)境的影響。

　　5.數(shù)字控制PFC的實(shí)現(xiàn)

　　5.1數(shù)字控制的PFC模型

　　如圖6所示是基于 DSP（TMS320LF2407）的數(shù)字控制PFC模型，同圖4模擬Boost PFC的相比較，原理是一樣的，區(qū)別就是用兩個數(shù)字的比例積分控制器（PI）KipKu代替了原來的兩個誤差放大器。另外，在電壓PI的輸出端加了一個陷波濾波器，濾波頻率為100HZ。與模擬濾波器相比，數(shù)字濾波器可以很好的減少100HZ的諧波成分，同時引入相位影響要小很多。這樣，就可以提高電壓回路的帶寬，繼而提高電路的反映速度。在圖6中，三個采樣信號被采樣，分別是輸出電壓Vi,輸入電流Ii和輸出電壓Vo。其中值得注意的一點(diǎn)是，我們可以編程實(shí)現(xiàn)總是在開關(guān)閉合的中間時間對is采樣，從而不需要另加低通濾波器就可以is的平均值。

　　5.2 數(shù)字控制PFC設(shè)計[1]。

　　接下來，我們分別建立PI控制器和陷波器的數(shù)字模型。PI控制算法的模擬表達(dá)式為：

（1）