基于Matlab的高功率因数校正技术的仿真

　　4.2模拟控制PFC的设计

　　基于UC3854的模拟PFC如图4所示：电路的显著特点是引入储能电感L和乘法器M。储能电感L与高频开关S的配合起到电流分配器的作用，当开关管S导通时，二极管D截止，电流流过电感L；当开关管S断开时，二极管D导通，L将储存的能量为负载供电。在二极管D截止期间，负载电流靠输出电容Co来维持。如果按照交流线电压的正弦波形变化规律来控制开关管S的导通和截止，有可能使通过储能电感L的电流波形正弦化。这里电流乘法器M起着很关键的作用，乘法器M实际上是一个工作频率正比于正弦线电压频率的电流源，该电流源充当PWM比较器的参考信号iref 与电路回路电流信号if进行比较，并将其误差转换成驱动高频开关管S的一系列脉冲控制信号。由于参考信号iref完全跟踪交流市电输入正弦波电压的全波整流输出的正弦信号，这一系列控制脉冲信号的占空比也是严格按正弦分布。控制过程是一个深度电流负反馈过程，从而实现交流市电输入电流波形包括的正弦化。另外，电流乘法器M的输出电流iref还反比于Boost PFC电路的输出电压Vo或正比于输出电压比较器的输出电压Ve,这意味着Vo也在左右PWM比较器的电流参考信号iref，使Boost PFC电路的输出电压Vo稳定不变。因此乘法器M起双重作用，强制输入电流信号的正弦化和稳定输出电压Vo。据图4和UC3854的功能可在Matlab 的Simulink中设计模拟仿真模型图[2]。

图5 Boost PFC模拟控制器输入电压电流仿真

图6 数字控制的PFC原理图

　　4.3仿真结果及分析

　　仿真参数：输入电压交流VAC=220V；升压电感L=1mh；输出电容Co=1410；fk=50Khz；Ro=50 。图5所示的是模拟PFC仿真结果：从图中我们可以看出，模拟控制PFC使输入电流较好地跟随了输入电压，并且降低了谐波电流，达到了功率因数校正的目的。由此可知单相Boost PFC电路的模拟控制方法优点是简单直接，设计方便；缺点是控制电路所用的元器件比较多，调试麻烦，电路维护成本高和不易升级；另外电路适应性较差，容易受到噪声干扰和环境的影响。

　　5.数字控制PFC的实现

　　5.1数字控制的PFC模型

　　如图6所示是基于 DSP（TMS320LF2407）的数字控制PFC模型，同图4模拟Boost PFC的相比较，原理是一样的，区别就是用两个数字的比例积分控制器（PI）KipKu代替了原来的两个误差放大器。另外，在电压PI的输出端加了一个陷波滤波器，滤波频率为100HZ。与模拟滤波器相比，数字滤波器可以很好的减少100HZ的谐波成分，同时引入相位影响要小很多。这样，就可以提高电压回路的带宽，继而提高电路的反映速度。在图6中，三个采样信号被采样，分别是输出电压Vi,输入电流Ii和输出电压Vo。其中值得注意的一点是，我们可以编程实现总是在开关闭合的中间时间对is采样，从而不需要另加低通滤波器就可以is的平均值。

　　5.2 数字控制PFC设计[1]。

　　接下来，我们分别建立PI控制器和陷波器的数字模型。PI控制算法的模拟表达式为：

（1）