基于Matlab的交流斬波型PFC電路仿真研究
Q為雙向開關(guān)管。當開關(guān)管導通時,輸入電流通過電感和開關(guān)管,電感儲能,同時直流側(cè)濾波電容給負載供電;當開關(guān)管斷開時,輸入電流經(jīng)過電感和整流二極管到達負載端,電感儲能和交流電源同時給負載和電容供電。
可以看出,與傳統(tǒng)的功率因數(shù)校正電路相比較,具有以下優(yōu)點:當開關(guān)管導通時,主回路電流不經(jīng)過整流橋的二極管,減小了功率損耗;傳統(tǒng)電路中的快速恢復二極管VD在交流斬波功率因數(shù)校正電路中也不存在了,減小了功率損耗,提高了系統(tǒng)的工作可靠性。
該電路相當于兩個Boost電路的并聯(lián),在克服傳統(tǒng)Boost PFC電路缺點的同時,保留了升壓電路的優(yōu)點。該方法的優(yōu)點在于:
(1)增強了傳統(tǒng)PFC電路的諧波抑制和功率因數(shù)校正能力,可實現(xiàn)單位功率因數(shù);
(2)交流側(cè)的電感增強了電路的電磁兼容性;
(3)降低了電路的傳導損失,任何時刻都只有兩個半導體器件導通;
(4)通過開關(guān)管M1和M2的額定電流較小。
3.2 Buck型交流斬波功率因數(shù)校正電路
圖3所示的為Buck功率因數(shù)校正電路的基本結(jié)構(gòu),Q為雙向開關(guān)管。當開關(guān)管斷開時,輸入電流通過電感、電容和開關(guān)管,電容C1儲能。
當開關(guān)管導通時,此時輸入電流經(jīng)過整流二極管到達負載端,電容儲能和交流電源同時給負載和電容供電??梢钥闯?,Buck型交流斬波功率因數(shù)校正電路中,當開關(guān)管斷開,主回路電流不經(jīng)過整流橋的二極管,可達到減小功率損耗的目的。
4 仿真分析
Simulink軟件是Matlab軟件包的擴展,專門用于動態(tài)系統(tǒng)的仿真,具有很強的動態(tài)系統(tǒng)仿真能力,仿真速度較快,特別是基于simuIink Power System工具箱進行功率因數(shù)校正電路的仿真,有兩個優(yōu)點:
(1)基于器件模型,可以仿真器件參數(shù)變化對系統(tǒng)的影響;
(2)仿真模型復雜。精度較高。可以將計算機仿真技術(shù)運用到PFC裝置的分析和設(shè)計中。
以Boost型為例,對文中所提出的交流斬波功率因數(shù)校正電路進行仿真分析。功率因數(shù)校正電路采用輸入電流斷續(xù)工作模式的峰值電流控制,仿真參數(shù):uin=311sin ωt,L=0.7 mH,輸出功率P=500 W,uout=300 V。按圖4模型建模,仿真波形如圖5、圖6所示。其中,圖5為輸入電壓、電流的波形,圖6為輸出電壓的波形。
從圖5可以看出,輸入電壓和輸入電流進入穩(wěn)態(tài)后,輸入電壓和輸入電流相位幾乎一致,輸入電流也幾乎是正弦波。整個仿真時間段內(nèi)的功率因數(shù)約為0.997。從圖6可看出,輸出電壓隨著仿真時間的進行,逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài),輸出電壓在300 V上下波動,符合電路設(shè)計要求。
5 結(jié) 語
這里討論了應用較為成熟的單相Boost PFC電路的不足,介紹一種新型單相交流斬波功率因數(shù)校正電路,分析了其工作原理,并給出了仿真波形。結(jié)果表明,輸人電流具有很高的品質(zhì)因數(shù),基本為標準的正弦波形,與輸入電壓相位相近,實現(xiàn)了高功率因數(shù)。與傳統(tǒng)的電路相比,能減少系統(tǒng)的功耗,提高系統(tǒng)工作的可靠性,而取得相同的控制效果。仿真結(jié)果驗證了方案的可行性。方案中的交流斬波電路除了采用Boost型和Buck型外,也可采用其他的功率變換電路。
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