单相BOOST功率因数校正主电路模型的建立
Boost单级功率因数校正与仿真毕业设计论文
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boost电路功率因数校正原理
boost电路功率因数校正原理
Boost电路的功率因数校正（PFC）原理主要涉及对输入电流和电压的相位和波形进行控制，以实现高功率因数。
以下是其工作原理：
1. 电压闭环控制：用于稳定输出电压。
电压控制器产生控制指令（电压控制器的输出称为电压控制指令）。
2. 电流闭环控制：为了使电感电流能够跟踪整流桥输出的“馒头波”波形（这样输入电流能够成为正弦波并与输入电压同相位），需要添加电流闭环来控制电感电流。
将电压控制指令与整流桥输出电压采样相乘，形成“馒头波”式的控制指令，作为电流控制器的参考给定值。
3. 电流控制器：其输出的控制指令就是开关管的占空比，经开关管驱动控制开关管通断，以控制电感电流跟踪参考给定值并稳定输出电压。
4. 控制电感电流：通过控制电感电流跟踪参考给定值，使得电感电流（橙色）在参考给定值（蓝色）的附近上下环绕，电感电流近似为“馒头波”。
5. 输入电流和电压的控制：经过PFC控制，输入电流（橙色）呈毛刺状正
弦波，且与输入电压（蓝色）基本同相位，达到了功率因数校正的目的。
总之，Boost电路的PFC通过调整输入电流和电压的波形和相位，使其尽
可能接近正弦波并保持同相位，从而提高电源的功率因数，减小谐波失真。
单相Boost_APFC电路的设计与分析
文章编号:１００４－２８９Ｘ(２０２１)０６－００５５－０３单相ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路的设计与分析汪子琦ꎬ厉伟(沈阳工业大学电气工程学院ꎬ辽宁㊀沈阳㊀１１０８７０)摘㊀要:开关电源等电力电子设备内部存在的不可控整流电路很容易造成输入电流的畸变ꎬ将会导致谐波污染和用电安全等问题ꎮ本文针对这些问题ꎬ分析了ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路的平均电流法控制原理ꎬ提供了电路设计参数计算ꎮ并通过ｓｉｍｕｌｉｎｋ软件对设计电路进行仿真ꎬ结果表明该电路的功率因数达到０ ９９６ꎬ总谐波失真低于２％ꎬ能够有效抑制电流谐波ꎬ符合国家标准ꎮ关键词:功率因数ꎻＡＰＦＣꎻ平均电流法中图分类号:ＴＭ１３㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:ＢＤｅｓｉｇｎａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＳｉｎｇｌｅＰｈａｓｅＢｏｏｓｔＰｏｗｅｒＦａｃｔｏｒＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎＣｉｒｃｕｉｔＷＡＮＧＺｉ￣ｑｉꎬＬＩＷｅｉ(ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＳｈｅｎｙａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＳｈｅｎｙａｎｇ１１０８７０ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｕｎｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅｒｅｃｔｉｆｉｅｒｃｉｒｃｕｉｔｓｉｎｐｏｗｅｒｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓｕｃｈａｓｓｗｉｔｃｈｉｎｇｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｉｅｓｃａｎｅａｓｉｌｙｃａｕｓｅｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｎｐｕｔｃｕｒｒｅｎｔꎬｗｈｉｃｈｗｉｌｌｌｅａｄｔｏｐｒｏｂｌｅｍｓｓｕｃｈａｓｈａｒｍｏｎｉｃｐｏｌｌｕｔｉｏｎａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙｓａｆｅｔｙ.ＴｈｉｓａｒｔｉｃｌｅａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅａｖｅｒａｇｅｃｕｒｒｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆＢｏｏｓｔＡＰＦＣｃｉｒｃｕｉｔꎬａｎｄｐｒｏｖｉｄｅｓｃｉｒｃｕｉｔｄｅｓｉｇｎｐａｒａｍｅｔｅｒｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ.Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｃｉｒｃｕｉｔｉｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙｓｉｍｕｌｉｎｋｓｏｆｔｗａｒｅꎬａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｏｗｅｒｆａｃ￣ｔｏｒｏｆｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔｒｅａｃｈｅｓ０ ９９６ꎬａｎｄｔｈｅｔｏｔａｌｈａｒｍｏｎｉｃｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ２％ꎬｗｈｉｃｈｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｓｕｐｐｒｅｓｓｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｈａｒｍｏｎｉｃｓａｎｄｍｅｅｔｔｈｅｎａｔｉｏｎａｌｓｔａｎｄａｒｄｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒꎻａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎꎻａｖｅｒａｇｅｃｕｒｒｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌ１㊀引言目前ꎬ电力电子技术日益广泛地应用到军事㊁工业等技术领域ꎮ以开关电源为例ꎬ其输入级大多利用二极管等元件构成的整流电路ꎮ这些电路为电力系统带来严重的谐波问题ꎬ使电网的供电质量以及用电的安全性得不到有效保证[１]ꎮ这一负面影响在电力行业中得到了越来越多的关注ꎮ如何抑制电流脉冲的幅值ꎬ使之最大程度上接近于正弦波ꎬ成为解决这一问题的有效方法ꎮＡＰＦＣ相比于无源功率因数校正技术有更加明显的谐波抑制效果ꎬ同时对功率因数的提高更加显著㊁抗干扰能力强ꎮ㊀㊀ＡＰＦＣ技术的思路就是利用功率开关的开通和关断将电感中储存的能量周期性地释放到电容中ꎬ从而对电路输入的电流大小进行控制ꎬ使电流尽量跟随电压的正弦波[２]ꎮ通过ＡＰＦＣ技术ꎬ电源的功率因数得到提高ꎬ降低了整流器件对电网的谐波注入ꎮ本文介绍了电路的平均电流法控制原理ꎬ并设计了一种升压型ＡＰＦＣ电路ꎮ在此基础上ꎬ利用ｓｉｍｕｌｉｎｋ软件对该电路搭建仿真模型ꎬ验证了功率因数校正的有效性ꎮ２㊀基于平均电流法的ＡＰＦＣ控制原理㊀㊀目前ꎬＡＰＦＣ电路的控制方法的分类以电感电流的连续性进行的ꎮ其中应用最为广泛的就是连续导电模式(ＣＣＭ)[３]ꎮ本文中的ＡＰＦＣ电路采用的是ＣＣＭ下的平均电流控制ꎮ其基本原理是通过开关管控制电感电流ꎬ使其跟踪整流电路后的电压指令ꎮ具体的控制思路就是ꎬ当输入电流比乘法器的输出大ꎬ调节功率开关的占空比Ｄꎬ从而减小电流ꎮ反之当输入电流的有效值小于乘法器的输入信号时ꎬ则增大电流ꎮ这样输入电流和输入电压同相位ꎮ避免了整流元件对电网的谐波注入ꎬ提升能源效率ꎮ图１为平均电流法ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路图ꎮ其控制回路分为电流环和电压环ꎮ在连续电流模式下ꎬ电路工作时电感电流波形图如图２所示ꎮ图１㊀平均电流法ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路图图２㊀电感电流波形图３㊀ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路的设计３ １㊀电路的技术指标㊀㊀ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路在开关电源等电子装置中应用极为广泛ꎮ一方面能够实现功率因数校正的目的ꎬ另一方面也能稳定输出直流电压ꎬ其控制较简单适用中小功率电源中[４]ꎮ本文设计的ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路主要技术指标如表１所示ꎮ表１㊀ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路的技术指标序号参数数值１输入电压范围Ｕｉｎ１８０~２６０Ｖ２工作频率ｆＮ５０Ｈｚ３输出直流电压Ｕ０４００Ｖ４开关频率ｆｓｗ１００ｋＨｚ５输出功率Ｐ６００Ｗ６功率因数ｃｏｓφ>０ ９９３ ２㊀升压电感计算㊀㊀Ｂｏｏｓｔ电路的升压电感的在电路中有储能㊁转换和滤波的作用ꎮ输入电压为最小(１８０Ｖ)ꎬ此时输入电流达到最大ꎮ按照表１的参数计算电流峰值:㊀㊀Ｉｐｋ＝＝２ＰＵｉｎ(ｍｉｎ)＝５.１２Ａ(１)㊀㊀输入电流的纹波和电感的大小有着非常密切的关系ꎮ过大的电感能够有效降低纹波ꎬ但是也带来了电感尺寸的增大和成本的提升ꎬ不符合电源的小型化原则[５]ꎮ根据工程实践的经验ꎬ一般情况下电流的纹波系数取０ ２ꎮ可以计算出电流纹波为:㊀㊀ΔＩＬ＝０ ２Ｉｐｋ＝１ ０２４Ａ(２)㊀㊀此时电路的占空比为:㊀㊀Ｄ＝Ｕ０－２Ｕｉｎ(ｍｉｎ)Ｕ０＝０ ３６(３)㊀㊀计算得出升压电感为:㊀㊀Ｌ＝２Ｕｉｎ(ｍｉｎ)ˑＤΔＩＬ＝８９４ ５４μＨ(４)３ ３㊀输出电容计算㊀㊀在ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路中输出电容可以降低纹波ꎬ稳定输出电压[６]ꎮ工程实践中一般采用按照维持时间Δｔ来计算ꎬ本电路的输出电容为:㊀㊀Ｃ＝２ＰΔｔＵ２０－Ｕ２０(ｍｉｎ)＝５１４μＦ(５)４㊀单相ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路的仿真分析㊀㊀为了验证本文所设计的ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路是否符合理论性和国家标准ꎬ利用ＭＡＴＬＡＢ搭建出仿真模型ꎮ主回路的具体参数由第二部分计算得出ꎮ控制回路分为电流内环和电压外环ꎮ仿真模型整体如图３所示ꎮ图３㊀ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路仿真模型㊀㊀输出电压的仿真结果可以验证电路的输出稳定性ꎮ图４为输出直流电压的波形图ꎬ可以看出电路启动时电压的最大值为４２０Ｖ左右ꎬ超调量为５％ꎬ之后很快达到了稳态ꎬ电压值为设计的４００Ｖꎮ本电路的纹波电压不超过 ʃ８Ｖ ꎬ满足纹波率不超过２％的设计指标ꎮ图４㊀ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路输出电压波形㊀㊀图５为输入交流电压㊁电流的波形图ꎬ可以看出当电路达到稳定状态时ꎬ输入电流㊁电压的相位基本相同ꎬ提高功率因数ꎬ达到了电路的工作目的ꎮ图５㊀ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路输入波形图６㊀ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路的功率因数变化曲线㊀㊀通过Ｐｏｗｅｒ模块可以得到输入的有功功率和无功功率ꎬ搭建函数模块可以计算出ｃｏｓφ的数值ꎮ图６为电路输入电流的功率因数ｃｏｓφ变化曲线ꎮ由图可知ꎬ当电路处于刚开始的波动时ꎬ功率因数已经达到了０ ９９６以上ꎻ电路处于稳定的状态时ꎬ功率因数大于０ ９９９ꎮ在实际的ＡＰＦＣ电路中可能有所降低ꎬ但是依然能够满足国家标准的要求ꎮ㊀㊀快速傅里叶变换(ＦＦＴ)在数字处理领域是许多数字信号处理方法的基础[７]ꎮ通过ＦＦＴ工具箱析输入电流ꎮ图７为仿真结果ꎬＴＨＤ仅为１ ９％ꎬ满足设计标准ꎮ图７㊀输入电流的ＦＦＴ分析频谱５㊀结论㊀㊀针对整流器件对电网产生的谐波污染问题ꎬ本文分析ＡＰＦＣ电路在ＣＣＭ下的平均电流控制原理ꎬ并设计了ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路ꎮ针对设计的电路搭建模型进行仿真ꎬ该电路能够将功率因数提升至０ ９９６ꎬ总谐波失真为１ ９％ꎬ符合国家标准ꎮ参考文献[１]㊀李明ꎬ莘炜杰ꎬ于千越ꎬ等.基于抗饱和积分的ＡＰＦＣ仿真研究[Ｊ].通信电源技术ꎬ２０２１ꎬ３８(１):１４－１７.[２]㊀王兆安ꎬ刘进军ꎬ电力电子技术[Ｍ].北京:机械工业出版社ꎬ２００９:２２４－２２７.[３]㊀ＣａｎａｌｅｓＦꎬＥｓｃｏｂａｒＧ.ＯｌｍｏｓＡꎬｅｔａｌ.Ａｃｈａｒｇｅｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒｉｎｔｅｒ￣ｌｅａｖｅｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆａＰＦＣｂｏｏｓｔｃｏｎｖｅｒｔｅｒ.ＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ.ＩＥＥＥꎬ２０１０:２９８７－２９９２.[４]㊀沈黎韬.ＣＣＭ模式有源功率因数校正技术的研究[Ｄ].苏州大学ꎬ２０１８.[５]㊀ＬｉｕｘＳꎬＸｕＪＰꎬＣｈｅｎＺＹꎬｅｔａｌ.Ｓｉｎｇｌｅ￣ｉｎｄｕｃｔｏｒｄｕａｌ￣ｏｕｔｐｕｔｂｕｃｋ￣ｂｏｏｓｔｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｃｏｎｖｅｒｔｅｒ[Ｊ].ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｄｕｓ￣ｔｒｉａｌＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓꎬ２０１５ꎬ６２(２):９４３－９５２.[６]㊀马鹏飞.基于平均电流法的单相Ｂｏｏｓｔ功率因数校正系统研究[Ｄ].华中科技大学ꎬ２０１８.[７]㊀ＦｕｋａｉｓｈｉＹꎬＨｉｇｕｃｈｉＫꎬＦｕｒｕｙａＨꎬｅｔａｌ.ＤｅｓｉｇｎｏｆｒｏｂｕｓｔｄｉｇｉｔａｌｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｆｏｒｉｎｔｅｒｌｅａｖｅＰＦＣｂｏｏｓｔｃｏｎｖｅｒｔｅｒｗｉｔｈＤＣ－ＤＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒｌｏａｄ.ＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅｓａｎｄＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＣｉｒｃｕｉｔ.ＩＥＥＥꎬ２０１３:１－２.收稿日期:２０２１－０７－２６。
单相有源功率因数校正电路的设计与实现
单相有源功率因数校正电路的设计与实现引言在电力系统中，功率因数是衡量电路有用功率和视在功率之间关系的一个重要参数。
功率因数不高会导致电网负荷增加、能源浪费等问题。
为了解决这些问题，我们需要设计和实现一个单相有源功率因数校正电路。
本文将详细介绍单相有源功率因数校正电路的设计原理、实现方法以及相关注意事项。
设计原理单相有源功率因数校正电路主要通过引入合适的补偿电流来改善系统的功率因数。
其基本原理是利用控制器对负载端的电流进行采样，并通过控制信号驱动逆变器输出合适的补偿电流。
具体来说，该校正电路包含以下几个主要组成部分：1.采集模块：用于采集负载端的电流信号。
2.控制模块：通过对采集到的信号进行处理，生成控制信号。
3.逆变器模块：将控制信号转换为逆变器输出的补偿电流。
4.滤波模块：对逆变器输出进行滤波处理，以确保补偿电流的稳定性。
5.反馈模块：将逆变器输出的补偿电流反馈到负载端，实现功率因数校正闭环控制。
设计步骤步骤一：采集模块设计采集模块主要用于采集负载端的电流信号。
常用的采集方法有两种：传感器式采集和非传感器式采集。
1.传感器式采集：通过电流互感器或霍尔传感器等，将负载端的交流电流转化为低频信号。
然后通过滤波和放大电路，将信号处理成微弱但具有较高精度的直流电压信号。
2.非传感器式采集：利用测量负载端两个相邻导线之间的压差来计算负载端的电流值。
这种方法不需要直接接触负载线路，可以减少对系统的干扰。
步骤二：控制模块设计控制模块主要对采集到的负载端电流信号进行处理，并生成相应的控制信号。
主要包括以下几个步骤：1.信号放大与滤波：对采集到的低频信号进行放大和滤波处理，以提高信号质量和减小干扰。
2.采样与比较：将处理后的信号与参考信号进行比较，得到误差信号。
3.控制算法：利用控制算法（如PID控制）对误差信号进行处理，生成控制信号。
步骤三：逆变器模块设计逆变器模块主要将控制模块生成的控制信号转换为逆变器输出的补偿电流。
单相有源功率因数校正电路的设计与实现
单相有源功率因数校正电路的设计与实现一、引言二、单相有源功率因数校正电路的基本原理1. 有源功率因数校正的意义2. 单相有源功率因数校正电路的基本结构3. 单相有源功率因数校正电路的工作原理三、单相有源功率因数校正电路的设计与实现1. 电路参数的选择a. 功率因数调整范围的确定b. 过零检测器参数的选择c. 控制电路参数的选择d. 滤波器参数的选择2. 单相有源功率因数校正电路设计步骤a. 过零检测器设计b. 控制电路设计c. 滤波器设计3. 单相有源功率因数校正电路实现方法及注意事项a. 实现方法i) 负载侧串联法ii) 发生器侧串联法iii) 直接并联法b. 注意事项四、单相有源功率因数校正电路应用实例分析1. 实验平台搭建2. 实验过程及结果分析五、总结一、引言：随着工业化进程不断加快，电力负荷不断增加，电网中的功率因数问题越来越突出。
功率因数是指电路中有用功与视在功之比，它反映了电路的有功和无功的比例关系。
当负载中存在大量的感性元件时，会导致电路中存在一定的无功分量，这会使得电网中的无功负荷增加，降低了电网的供电能力和效率。
因此，在实际应用中需要对单相有源功率因数校正电路进行设计和实现。
二、单相有源功率因数校正电路的基本原理：1. 有源功率因数校正的意义：有源功率因数校正是指通过加入适当的无功补偿来改善系统或负载端的功率因数，达到提高系统效率、减少能耗、延长设备寿命等目标。
2. 单相有源功率因数校正电路的基本结构：单相有源功率因数校正电路主要由过零检测器、控制器、滤波器和逆变器等组成。
3. 单相有源功率因数校正电路的工作原理：单相有源功率因数校正电路通过检测交流信号波形上升沿或下降沿的时刻，控制逆变器输出电压的相位和幅值，使得负载侧电流与电压之间的相位差角度接近于零，从而达到功率因数校正的目的。
三、单相有源功率因数校正电路的设计与实现：1. 电路参数的选择：a. 功率因数调整范围的确定：根据实际应用需求来确定功率因数调整范围。
单相boost型apfc电路控制模式
单相boost型apfc电路控制模式摘要：1.单相boost 型apfc 电路的概念与工作原理2.控制模式的分类与特点3.控制模式的实现方法4.控制模式的优缺点分析5.应用领域与未来发展正文：一、单相boost 型apfc 电路的概念与工作原理单相boost 型APFC（Active Power Factor Correction）电路，即单相boost 型有源功率因数校正电路，是一种用于提高电力系统功率因数的电力电子装置。
其主要由电压传感器、电流传感器、控制器和电力电子开关等组成。
其工作原理是通过控制电力电子开关的导通角，使电路中的电流与电压之间的相位差得到校正，从而提高系统的功率因数。
二、控制模式的分类与特点根据控制策略的不同，单相boost 型APFC 电路的控制模式主要分为以下几种：1.基于电压调制的控制模式：该模式通过调整电力电子开关的电压幅值，使电流与电压之间的相位差得到校正。
其优点是控制简单，容易实现；缺点是存在电压谐波，可能影响系统性能。
2.基于电流调制的控制模式：该模式通过调整电力电子开关的电流幅值，使电流与电压之间的相位差得到校正。
其优点是能有效抑制电压谐波；缺点是控制相对复杂，实现难度较大。
3.基于谐波控制的控制模式：该模式通过控制电力电子开关的导通角，使电路中的谐波分量得到抑制。
其优点是既能有效抑制电压谐波，又具有较好的控制性能；缺点是需要对系统进行实时测量和计算，控制难度较大。
三、控制模式的实现方法1.基于电压调制的控制模式的实现方法：首先根据系统电压和电流的实测值，计算出所需的电力电子开关的电压幅值；然后通过控制电力电子开关的导通角，使电压幅值得以实现。
2.基于电流调制的控制模式的实现方法：首先根据系统电压和电流的实测值，计算出所需的电力电子开关的电流幅值；然后通过控制电力电子开关的导通角，使电流幅值得以实现。
3.基于谐波控制的控制模式的实现方法：首先对系统进行实时测量，获取电压和电流的谐波分量；然后根据谐波分量，计算出所需的电力电子开关的导通角；最后通过控制电力电子开关的导通角，使谐波分量得到抑制。
Boost功率因数校正电路的研究要点
电力电子技术实验报告姓名：王大伟题目： Boost 功率因数时间：二〇〇九年七月十二日实验 Boost 功率因数校正电路的研究一、实验目的1、掌握Boost 功率因数校正电路的工作原理。
2、熟悉UC3854器件的内部结构与工作原理。
3、了解Boost 功率因数校正电路的调试和方法。
二、实验电路实验电路如图1所示：LN图1 Boost功率因数校正电路三、实验设备图1中各元件及焊接板 1套灯箱 1个数字示波器 1台万用表 1部四、实验原理Boost 功率因数校正电路的首要任务是利用Boost 变换器将沿正弦半波曲线上升和下降的不同输入电压转换成稳定的，比输入正弦电压幅值稍高的直流输出电压。
根据图1，其工作原理是：在周期T 内开关管Q1导通一段时间Ton ，电感L 储能。
当Q1关断时，L 的极性颠倒，L 同名端的电压Vo 上升到高于输入电压Vin 。
Q1关断时，在Ton 期间存储在L 的能量通过D3传给负载和电容C2。
这种Boost 变换器的输入—输出电压关系式为TT Vin V on o /1-=在整个正弦电压的半个周期里，导通时间由PFC （UC3854）控制芯片控制，它检测Vo 并利用误差放大器将检测值与内部基准电压比较，通过负反馈来设置Ton ，从而使Vo 保持定值不变。
Boost 功率因数校正电路的第二个任务是检测输入电网的电流并使它变为与输入电网电压同相位的正弦波，即实现输入电网电流的正弦化。
这也由调整Boost 变换器的导通时间来实现，导通时间由负反馈决定，通过采样电阻Rs 将实际电网电流采样并与基准正弦波电流比较，这两个正弦波的差值是误差电压，由误差电压来调节导通时间使两个正弦波具有相同的幅值。
五、电路设计1、UC3854内部结构及原理（1）UC3854引脚功能说明 UC3854 引脚功能如表1所示。
表1 UC3854的引脚（端）功能（2）UC3854的电路框图UC3854的工作原理框图如图2所示图2 UC3854的电路框图（3）UC3854内部工作框图UC3854内部结构如图3所示：图3 UC3854内部结构2、元器件选择及参数计算（1）采样电阻Rs 的选择流过Rs 的最大电流Ipk 为: (min2(min2in o in in pkV E P V P I⨯⨯=⨯=在低电网电压时Rs 压降不能低于1V, 也就是说Rs 的压降为1V. 即：pkI Rs 1=当Po=250W, E=85%, Vin（min ）=90V时， Pin=250/0.85=294，A Ipk61. 49029441. 1=⨯=Rs=1/4.61=0.22Ω，取Rs 为0.25Ω。
单相有源功率因数校正电路的设计与仿真.
第27卷第7期电力自动化设备 V01.27No.7 2007年7月 Electric Power Automation Equipment Jul.2007《黟单相有源功率因数校正电路的设计与仿真蒋龙浩1,李岩2(1.烟台机场民航站,山东烟台264007;2.海军航空工程学院控制工程系,山东烟台264001摘要:有源功率因数校正(APFC技术成为抑制谐波电流、提高功率因数的有效方法。
研究了APFC 的原理和方法,通过采用Boost型DC—DC变换器作为功率级.UC 3854芯片控制脉冲宽度调制器 (PWM的占空比,并直接驱动MOSFET,使输入电流跟踪输入电压,使输入电流与输入电压接近同相位.以提高功率因数。
根据设计目标要求对1.2kW 400V平均电流控制的单相Boost型APFC电路的主电路及UC3854外围电路参数进行了设计和计算,使功率因数达到了0.9984,并在Orcad环境下进行仿真研究.取得了理想效果。
关键词:有源功率因数校正;谐波;UC3854中图分类号:TM 919文献标识码:B 文章编号:1006—6047(200707一0093—02随着电力电子技术的飞速发展和计算机、通信及IT网络的广泛应用,使大量电力电子装置投入电网.非线性整流电源迅速取代早期的电动机和变压器等,成为电网中主要的电力公害m 51。
设计的1.2kW 400V直流电源,通过采用平均电流控制的Boost变换器,使功率因数A达到了0.9984,并在Orcad环境下进行了仿真分析.达到了设计目标要求施J51。
1电路工作原理根据设计指标的要求,采用Boost型DC—DC变换器作为功率级,由Unitrode公司的UC 3854芯片控制脉冲宽度调制器(PWM的占空比,并直接驱动 MOSFET。
该电路正是通过调整占空比,使输入电流跟踪输入电压.达到提高功率因数的目的。
电路原理如图1所示。
Z ∑ 2‰峪d鞘二‘1产中[叫见中= Z ∑ 2图1UC3854构成的APFC电路原理图Fig.1Schematic diagram of APFC with UC 3854图1中,Boost变换器直流输出电压经检测电阻 R,、兄。
新型单相Boost软开关功率因数校正电路研究
Ｖ 。 Ｇ 充 电 ， ｒ 电结束 后 ， 与 ￡ 一起给 Ｄ为 Ｇ充 厶 充 电 ， Ｄ 零 电 压 开 通 ， 量 全 部 传 递 给 负 载 Ｖ 。 Ｌ能
后， 电源 通 过 Ｖ 。 负载 供 电 。 Ｄ给
整 个 工 作 过 程 可 分 为 ６个 工 作 阶 段 ．图 ２示
。
．
Ｋｅ ｗｏ ｄ ｐ ｗ ｒ ｆｃ ｏ ｏ ｒ ｃｉ ｎ；ｓｎ ｌ － ｈ ｓ ｙ ｒ ｓ： ｏ ｅ ａ ｔｒ ｃ ｒｅ ｔ ｏ ｉ ｇｅ ｐ ａ ｅ；ｓ ｆ ｓ ｔ ｈ ｎ ｏ －ｗｉ ｉ ｇ ｔ ｃ
１ 引 言
传 统 的单 相 不 控 整 流 电路 采 用 大 电 容 滤 波 ，
— — 一
Ｉ
： 厂—］
． －
・’ ，
Ｉ
！ ｊ
ｉ
…
’ ～ Ｉ
＿ ；
Ｉ
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３ 仿 真 分 析 和 实 验 结 果
为 了验 证 分 析 的 正 确 性 。 电路 进 行 Ｓｍｕｉｋ 对 ｉ ｌ ｎ 仿 真 ， 仿 真 参 数 为 ： ＝ ． ｍＨ，ｆ２ ． ｍ Ｌ＝ 其 ０１ Ｌ＝ ８６ Ｈ，
０ ｅ ｎ ｗ ｔｐ ｌｇ ｃ ｌ ｓｒ ｃｕ ｅ ａｅ ａ ａｙ ｅ ｎ ｔ ｉ ｐ ｖ ｄ ｂ ｅ ｓｍｕ ａｉｎ ａ ｄ ｅ ｐ ｒ ｎ ｆ ｔ ｅ ｏ ｏｏ ｉ ａ ｔｕ ｔ ｒ ｒ ｎ ｄ ａ ｄ ｉ ｓ ｒ ｅ ｙ ｔ ｉ ｌ ｔ ｎ ｘ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｌ ｚ ｏ ｈ ｏ ｉ
Boost结构单周期控制的有源功率因数校正电路设计
电力自动化设备Electric Power Automation EquipmentVol．31No．12Dec.2011第31卷第12期2011年12月0引言随着电力电子装置应用的日益广泛，公共电网谐波污染也日趋严重［1-3］，由电力电子装置产生的大量谐波注入公共电网，严重影响了供电质量，增加了电网损耗，严重时还可能造成某些设备不能正常工作甚至损坏。
另外，许多电力电子装置的功率因数很低，给电网带来额外负担。
如何消除电力电子装置的谐波污染并提高其功率因数，已成为电力电子技术研究的一项重大课题，是目前国内外研究的热点［4-7］。
在各种电力电子装置中，整流装置所占的比例最大。
目前，常用的整流电路几乎都采用晶闸管相控整流电路或二极管整流电路的非线性电路，但工频二极管和晶闸管整流器存在2个缺点：一是从公共连接点吸取高峰值脉冲电流，使网侧功率因数降低，网损增加；二是给电网注入大量的谐波，造成严重的谐波污染。
抑制谐波和提高功率因数有2种方法：一是对电网实施谐波补偿的被动方法，装设补偿装置对谐波进行补偿，即采用无源滤波或有源电力滤波电路来旁路或消除谐波；二是对电力电子设备自身进行改进的主动方法，在整流器内部采取有源功率因数校正（APFC ）技术。
后者是一种更积极的方法，也是目前的研究热点之一［8-10］。
本文设计了单相单周期控制Boost 结构APFC 电路，给出电路参数选择方法，并对设计电路进行了仿真［11-13］，对样机进行了测试。
1单周期控制的Boost 结构APFC 电路的工作原理和稳定性分析1.1工作原理单周期控制的Boost 结构APFC 电路的原理图如图1所示，主电路由单相Boost 变换器构成，控制电路采用IR1150控制芯片控制。
电路控制目标为：通过合适变量的控制，使电网提供给电路的电流i in 与电网电压u in 同相位且波形相同，即整流桥整流后的输出电流i L 与其输出电压U in 相位相同且波形相同，从而保证电网输出电流是正弦波。
新型Boost功率因数校正电路设计
（ ）。 Ｃ
信息系统工程 ｌ２ １．２ ０１ ． ７０
２ ７
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Ｓ ＳＰ Ａ ～ Ｅ 系 Ｙ Ｒ Ｃ Ｉ 统实践 Ｉ Ｃ
模式４ｔ ４：在ｔ ［ ，ｔ ３ ］ ， 时刻 ，电容两端 电压ｖ 变为ｅ 电 Ｄ ， ．
提高了效率 。 。 。 本 文就是根 据这种思路设计 了一种新型 的Ｂ ｏ ｔ ｏｓ 功
率 因数校正 电路 。论 文详细分析 了工作原理 ；给 出了软 开关 的实现条件和参数设计方法 ；最后通过软件仿真和
搭建实验电路验证 了电路结构的正确性 。
豌 醯
二 、 电路 工作 过 程分析
Ｓ Ｓ Ｐ Ｃ Ｉ Ｅ 系统 实践 Ｙ ＲＡ ＴＣ
ｌ
新型Ｂ ｏ ｔ ｏ ｓ 功率因数校正电路设计
◆潘 建
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摘要 ：本 文提 出一种新 型Ｂ ｏｔ 率 因数校正 电路 ，其 电路拓扑 结构 由传统 ｏｓ 功 Ｂ ｏｔ Ｆ 和一个缓冲电路组成。缓 冲电路通过辅助 电感 ，电容和辅助二极 管使得 ｏ ｓＰ Ｃ 电路 工作在Ｚ Ｓ Ｃ 条件下。论文分析新 电路的运行原理 ，给 出了实验结果。 Ｖ 和Ｚ Ｓ 关键词 ：功率因数校正；软开关 ；Ｂ ｏｔ ｏｓ 变换 器；Ｚ Ｓ Ｃ Ｖ ；Ｚ Ｓ
期 的某一倍数 （ ＜ ＜ ）。 Ｏａ １
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参数 决 于开关 管 的暂 态 导通 和关 断 时 间 以及 取 设定 占空 比Ｄ的范 围 （ 由于篇 幅有 限 ，这 里不 多做讨
感 电流ｉ 性减少并在 线 时刻降为零 。见图２（ ｄ）。
模 式 ５ｔ，ｔ ：在 ｔ 刻开始 电感Ｌ 上电流 ｉ达 到 Ｉ ］ 时 ， ， 零 ，二极管Ｄ 、Ｄ， ２ 关断 ，ｖ保 持在一， 图２（ ）。 ０ ｅ 。见 ｅ 模式６ｔ ：在ｔ ［ ，ｔ 】 时刻 ，开关联 断 。谐振 电容 限制 了开关两端 电压 的下 降率 （ ），使得开关 ／ 实 现Ｚ Ｓ Ｖ 关断。电感Ｌ 向谐振电容Ｃ充 电，至 开始 ｒ 时刻谐
单相Boost型功率因数校正电路软开关技术的综述
单相Boost型功率因数校正电路软开关技术的综述CNET中国··原创作者: 王文倩，陈敏，徐德鸿责编:段勇峰时间:2006-08-14关键词：功率因数校正；软开关技术；DC/DC变换中图分类号: 文献标识码: 文章编号：0 引言近二十年来电力电子技术得到了飞速的发展，已广泛应用到电力、冶金、化工、煤炭、通讯、家电等领域。
多数电力电子装置通过整流器与电力网接口，经典的整流器是一个由二极管或晶闸管组成的非线性电路，它会在电网中产生大量电流谐波和无功功率，污染电网，成为电力公害。
在20世纪80年代中后期，开关电源有源功率因数校正技术引起了国内外许多学者的重视，进行了许多专题研究并取得了大量成果。
有源功率因数校正技术在整流器与滤波电容之间增加一个DC/DC开关变换器。
在各种单相PFC电路拓扑结构中，Boost升压型功率因数校正电路由于具有主电路结构简单，变换效率高，控制策略易实现等优点而得到广泛应用。
高频化可以减小有源功率因数校正电路的体积、重量，提高电路的功率密度。
为了使电路能够在高频下高效率地运行，有源功率因数校正电路的软开关技术成为重要的研究方向。
本文对单相Boost有源功率因数校正电路软开关技术进行了分类，并对每一类型的电路的拓扑结构、工作方式及工作特点做出了分析。
1 零电压开关（ZVS）PWM功率因数校正电路ZVS工作方式是指利用谐振现象及有关器件的箝位作用，使开关变换器中开关管的电压在开启或关断过程中维持为零。
图1电路为ZVS功率因数校正电路，也称扩展周期准谐振功率因数校正电路[1]。
在辅助开关S1开通时，电感L r抑制二极管D f的反向恢复，电感L r与电容C f发生谐振至流过开关S1的电流降至输入电流大小。
开关S2导通后，电感L r与电容C f再次谐振至流过开关S1的电流为0，电容C f两端电压为V o，使开关S1、开关S2实现ZV-ZCS关断。
电路的不足之处是开关的电流应力比较大。
单相boost型apfc电路控制模式
单相boost型apfc电路控制模式摘要：一、单相boost型APFC电路简介二、单相boost型APFC电路控制模式分类1.电压模式控制2.电流模式控制3.电压电流模式控制三、控制模式比较与选择四、单相boost型APFC电路的实用性应用正文：一、单相boost型APFC电路简介单相boost型APFC（Active Power Filter，有源功率因数校正）电路是一种用于提高电能质量的电力电子装置。
它主要通过对电流进行调制，使电流与电压的相位差接近于零，从而提高电路的功率因数，减少无功功率损耗。
单相boost型APFC电路在我国得到了广泛的应用，如在电源、变频器、逆变器等领域。
二、单相boost型APFC电路控制模式分类1.电压模式控制电压模式控制是单相boost型APFC电路中常用的一种控制方法。
其主要思想是通过调整开关器件的占空比，使得电感电流与电压同相位，从而实现功率因数的提高。
电压模式控制具有结构简单、响应速度快等优点，但存在电流谐波含量较高、系统稳定性较弱等缺点。
2.电流模式控制电流模式控制是通过检测电感电流与参考电流的误差，采用PID控制器调整开关器件的占空比，使得电感电流跟踪参考电流，从而实现APFC的目的。
电流模式控制具有系统稳定性较好、电流谐波含量较低等优点，但存在控制电路较复杂、响应速度较慢等缺点。
3.电压电流模式控制电压电流模式控制是电压模式控制和电流模式控制的结合，它综合了二者的优点，实现了较高的系统性能。
在电压电流模式控制中，通过对电压和电流的同步控制，可以有效降低电流谐波含量，提高功率因数。
同时，采用数字信号处理器（DSP）实现高速、高精度的控制，使得电压电流模式控制具有较好的动态响应性能。
三、控制模式比较与选择在实际应用中，根据不同场景和性能要求，可以选择合适的控制模式。
例如，对于对电流谐波含量和系统稳定性要求较高的场合，可以选择电流模式控制；对于对系统稳定性要求不高的场合，可以选择电压模式控制。
基于CCM的单相Boost-PFC电路的设计与仿真
基于CCM的单相Boost-PFC电路的设计与仿真基于CCM的单相Boost PFC电路的设计与仿真摘要近年来，为了避免“电网污染”，如何抑制谐波电流、提高功率因数成了备受关注的问题，而有源功率因数校正技术正是行之有效的方法。
尤其是在单相Boost型电路中得到了广泛的应用。
它是在桥式整流器与负载接一个DC-DC变换器，应用控制电路的电压电流双环反馈，使电网输入电流波形趋于正弦化且相位保持与输入电压相同，从而大幅降低THD,使得PF接近于1。
交流输入电压通过全桥后，得到全波整流电压，再经过MOS 管的开关控制使输入电流自动跟随输入电压基准的正弦化脉动，并获得稳定的升压输出，给负载提供直流电压源。
本文先简要介绍了功率因数校正技术的现状与发展，着重讨论了有源功率因数校正的原理、拓扑结构、控制方式等内容，然后对控制器UC3854进行了简单的构造分析，最后设计出基于UC3854芯片CCM工作模式的Boost PFC电路。
关键词：有源功率因数校正，Boost变换器，电流连续模式，平均电流控制，UC3854ABSTRACTIn recent years, in order to avoid "grid pollution", how to suppress the harmonic current, improve the power factor has become a concern, and active power factor correction technology is an effective method. Especially in single-phase Boost-type circuit has been widely used. It is in the bridge rectifier and the load connected to a DC-DC converter, the application of the control circuit voltage and current double loop feedback, so that the grid input current waveform tends to be sinusoidal and phase to maintain the same with the input voltage, thereby significantly reducing the THD, making PF close In 1. AC input voltage through the full bridge, the full-wave rectifier voltage, and then through the MOS tube switch control so that the input current automatically follows the input voltage reference sinusoidal pulsation, and obtain a stable boost output to the load to provide DC voltage source.In this paper, the present situation and development of power factor correction technology are briefly introduced. The principle, topology and control mode of active power factor correction are discussed emphatically. Then, the simple structure analysis of controller UC3854 is carried out. Finally, Chip CCM operating mode Boost PFC circuit.Keywords: Active Power Factor Correction, Boost converter, Current Continuous Mode, Average current control, UC3854目录1绪论 (1)1.1 功率因数校正的背景意义 (1)1.2 功率因数校正的发展概述 (1)1.3功率因数校正的实现方法分类 (2)1.3.1按PFC电路使用的元器件分类 (2)1.3.2 按供电方式分类 (2)1.3.3 按PFC电路的级联方式分类 (2)1.3.4 按PFC电路的电路拓扑结构分类 (2)1.4 本文所做的主要工作 (2)2 功率因数校正原理 (4)2.1 功率因数 (4)2.1.1 功率因数的定义 (4)2.1.2 功率因数与总谐波失真系数（THD）的关系 (4)2.1.3功率因数校正的任务 (4)2.1.4电源电流波形失真原因简析 (5)2.2 有源功率因数校正的基本原理 (5)2.3 有源功率因数校正的拓扑结构 (6)2.4 有源功率因数校正的工作模式及控制方式 (7)2.4.1电流断续模式（Discontinuous Current Mode,DCM） (8)2.4.2电流临界模式（Boundary Conduction Mode,BCM） (8)2.4.3电流连续模式（Continuous Current Mode,CCM） (9)3 PFC主电路主要元器件的参数设计 (13)3.1本PFC电路的设计指标 (13)3.2 Boost变换器的工作原理 (13)3.3主电路元器件的参数设计 (15)3.1.1开关频率的选择 (15)3.1.2升压电感的选择 (15)3.1.3输出电容的选择 (16)3.1.4开关管和二极管的选择 (16)4基于UC3854控制电路的设计 (17)4.1 UC3854控制器概述 (17)4.2 UC3854控制器的内部结构和功能特点 (17)4.2.1 UC3854控制器的内部结构 (17)4.2.2 UC3854控制器的功能特点 (18)4.3 UC3854控制电路各参数设计 (20)4.3.1 电流感测电阻的选择 (20)4.3.2 峰值电流限制 (20)4.3.3 前馈电压信号 (20)4.3.4 乘法器的设定 (21)4.3.5 乘法器的输入电流 (21)4.3.6 乘法器的输出电流 (21)4.3.7 振荡器的频率 (22)4.3.8 电流误差放大器的补偿 (22)4.3.9 电压误差放大器的补偿 (23)4.3.10 前馈电压滤波电容 (23)4.4 UC3854的仿真电路及仿真波形展示 (24)总结 (29)致谢 (30)参考文献.................................................................................................................... 错误!未定义书签。
单相boostpfc电路工作原理
单相boostpfc电路工作原理
嘿呀！今天咱们就来好好聊聊这单相boost pfc 电路工作原理呢！
首先哇，咱们得搞清楚啥是单相boost pfc 电路呀？简单说呢，它就是一种能让电源的功率因数得到改善的电路哟！哎呀呀，这可重要啦！
那它到底是咋工作的呢？1 号原理来啦！在输入电压的正半周时呀，当开关管导通，电感电流线性增加，电能就存储在电感中啦！哇，是不是有点神奇？然后当开关管关断呢，电感电流通过二极管向电容和负载放电，输出电压升高，这样就能实现功率因数校正啦！
接下来，2 号原理登场！在输入电压的负半周呢，情况也类似哟。
开关管导通时，电感继续储能，关断时，电感释放能量，给电容充电和给负载供电。
哎呀呀，你可能会问，那这电感和电容在其中起到啥作用呢？嘿，电感主要是用来储能和滤波的呀！电容呢，则负责稳定输出电压，让整个电路的工作更稳定可靠呢！
再说说这功率因数校正的重要性吧！如果没有单相boost pfc 电路，功率因数可能会很低，这会导致啥后果呢？哇，会造成能源的浪费呀！而且还可能对电网产生不良影响呢！
所以呀，单相boost pfc 电路的工作原理真的是超级重要呢！它能让我们的电源更高效、更稳定，是不是很厉害呀？！
怎么样，通过我这么一讲，你对单相boost pfc 电路工作原理是不是有了更清楚的了解啦？。
Boost功率因数校正电路的研究
电力电子技术实验报告姓名：王大伟题目：Boost功率因数校正电路的研究时间：二〇〇九年七月十二日实验Boost功率因数校正电路的研究一、实验目的1、掌握Boost功率因数校正电路的工作原理。
2、熟悉UC3854器件的内部结构与工作原理。
3、了解Boost功率因数校正电路的调试和方法。
二、实验电路实验电路如图1所示：LN图1 Boost功率因数校正电路三、实验设备图1中各元件及焊接板1套灯箱1个数字示波器 1台 万用表 1部四、实验原理Boost 功率因数校正电路的首要任务是利用Boost 变换器将沿正弦半波曲线上升和下降的不同输入电压转换成稳定的，比输入正弦电压幅值稍高的直流输出电压。
根据图1，其工作原理是：在周期T 内开关管Q1导通一段时间Ton ，电感L 储能。
当Q1关断时，L 的极性颠倒，L 同名端的电压Vo 上升到高于输入电压Vin 。
Q1关断时，在Ton 期间存储在L 的能量通过D3传给负载和电容C2。
这种Boost 变换器的输入—输出电压关系式为TT Vin V on o /1-=在整个正弦电压的半个周期里，导通时间由PFC （UC3854）控制芯片控制，它检测Vo 并利用误差放大器将检测值与内部基准电压比较，通过负反馈来设置Ton ，从而使Vo 保持定值不变。
Boost 功率因数校正电路的第二个任务是检测输入电网的电流并使它变为与输入电网电压同相位的正弦波，即实现输入电网电流的正弦化。
这也由调整Boost 变换器的导通时间来实现，导通时间由负反馈决定，通过采样电阻Rs 将实际电网电流采样并与基准正弦波电流比较，这两个正弦波的差值是误差电压，由误差电压来调节导通时间使两个正弦波具有相同的幅值。
五、电路设计1、UC3854内部结构及原理（1）UC3854引脚功能说明 UC3854 引脚功能如表1所示。
表1 UC3854的引脚（端）功能（2）UC3854的电路框图UC3854的工作原理框图如图2所示图2 UC3854的电路框图（3）UC3854内部工作框图UC3854内部结构如图3所示：图3 UC3854内部结构2、元器件选择及参数计算（1）采样电阻Rs 的选择流过Rs 的最大电流Ipk 为: (min)2(min)2in o in in pkV E P V P I⨯⨯=⨯=在低电网电压时Rs 压降不能低于1V,也就是说Rs 的压降为1V.即：pkI Rs 1=当Po=250W, E=85%, Vin （min ）=90V 时， Pin=250/0.85=294，A Ipk61.49029441.1=⨯=Rs=1/4.61=0.22Ω，取Rs 为0.25Ω。
单相有源功率因数校正电路仿真
单相有源功率因数校正电路仿真摘要：传统的AC-DC 变换器的广泛应用对电网产生了大量的谐波污染。
有源功率因数校正技术(APFC)是抑制谐波电流、提高功率因数的行之有效的办法。
本文论述了单相功率因数校正APFC 的原理和方法，通过对Boost 型滞环控制的DC-DC 变换器采用Matlab 进行仿真，获得了最后校正的功率因数结果，说明这种PFC 方案的能获得良好的效果，适用于多种场合。
关键词：有源功率因数校正，Boost 电路，滞环控制1 绪论功率因数指的是有效功率与总耗电量（视在功率）之间的关系。
功率因数可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因数值越大，代表其电能利用率越高。
交换式电源供电器上的功率因数校正器的运作原理是通过控制调整交流电电流输入波形，使其与直流电电压波形尽可能一致，让功率因数趋近于1.折对于电力需求量达到某一个水平的电子设备而言是很重要的，否则，电力设备系统消耗的电能可能超出其规格，极可能干扰同系统的其他电子设备。
2 功率因数的定义和校正原理根据电工学的基本理论功率因数（PF ）的定义：交流输入有功功率（P ）与视在功率（S ）的比值，用公式表示为：1111cos cos cos rms rmsU I I P PF S U I I φφγφ==== (1) 式中：1U 表示输入基波电流有效值；cos φ表示基波电压与基波电流之间的位移因数；γ表示输入电流畸变因数；rms I 表示输入电流有效值。
可见PF 由电流畸变因数γ和位移因数cos φ决定，cos φ小表示用电设备的功率大，在有功功率不变的情况下实在功率增加，线路总电流增大，线路传输压降也将增大，倒是电气设备容量增加，利用率低，导线、变压器绕组损耗大，严重影响电网的供电质量，变化快时甚至可以导致电网崩溃。
输入电流即便因数γ值低，表示输入电流谐波分量大，将造成输入电流波形畸变，对电网造成污染，使用电设备产生机械振动、噪声、过电压，损坏电子设备。
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[ 1] 杨德刚等 . 三相高功率因数整流的建模及闭环控制 .
5 仿真验证
为了验证模型的正确性 , 利用 MAT LAB5. 3 的 SIMULINK 中的 PSB 工具箱进行了仿真 , 仿真结果 表明上述模型是可信的 。仿真电路参数为 : L = 0. 6 mh , 输入电源 220 V 、 50 Hz , 电容 C = 4700 uf , 负载 RL = 40 Ω , 图 2 为开关频率 f = 12. 5 kHz 、 占空比 δ 减小 0. 01 时输入电流的变化曲线 , 按照 ( 1) 式计算 的比例系数为 183. 3 , 由仿真数据计算得出的比例 系数为 139. 99 。图 3 为在开关频率 f = 1 kHz 、 占空 比 δ减小 0. 1 时输出电压的仿真结果 , 按照 ( 9) 式 计算的时间常数 T 为 0. 04 s ,输出电压仿真曲线的
U0
在稳定工作点 ( Im , Um) 附近的小信号扰动分量 δ+ Δ δ) T Um ( δ、 为△ △Im ,即 : Im +Δ Im = 2L 因此 ,主电路输入电流的模型为 :
m Δ Im = U TΔ δ 2L
Δ 0 Δ 0 Δ i0 = C d u + u
dt RL
( 6)
将 ( 6) 式代入 ( 5) 式并化简 ,则有 : Δ 0 Δ 0 Δ imUmsin2 ( ωt ) = C d u + 2 u
Modelin g of BOOST converter using for single- phase PFC
WANG Yu-feng , XIAO Y ong-jiang
Abstract : The contol-to-output transfer function of BOOST converter using for PFC is found , The characteristics are discussed. The transfer function is verified by simulation. Key words : PFC; modeling/ simulation
1 引言
电子技术 、 电力电子技术的迅猛发展 , 大量电 力电子设备的投入使用 ,给电网带来日益严重的谐 波危害 。解决谐波污染主要有两种方法 : 一是对在 电网用户端实施谐波补尝 ; 二是在电力电子设备的 内部引入功率因数校正电路 。采用功率因数校正 技术 ( PFC) 是积极的方法 , 能从根本上消除谐波 源 。传统的功率因数校正存在设备体积大 、重量 大、 校正效果差等问题 , 在 80 年代中期出现了有源 功率因数校正技术 ( APFC) 并逐步发展成电力电子 技术领域的研究热点 。经过十几年的工作 ,单相功 率因数校正技术已经得到应用 。在各种的 PFC 电 路拓朴结构中 ,BOOST 升压型校正电路由于主电路 的具有结构简单 、 变换效率高 、 控制策略易实现等 优点得到广泛应用 。 但是 ,由于主电路采用了 PWM 技术 , 给分析和设计带来困难 , 在一定程度上限制 了功率校正电路性能的进一步提高 。本文建立了 单相 BOOST 功率因数校正主电路的从控制到输出 的低频小信号模型 , 分析了其特性 , 并通过仿真对 建立的模型进行了验证 。
( 1)
dt RL U2oDC RL
( 7)
当工作在稳态时 ,忽略功率的脉动成分 ,有 :
t) = Im Umsin2 ( ω
由上式可以得出 :BOOST 电路用于功率因数校 正电路时输入电流从控制到输出的模型为比例环 节 , 比例系数的大小与输入电压的幅值 Um 、 功率管 的工作周期 T 成正比 ,与电感 L 的大小成反比 。
( 2)
在电路的输出侧 ,根据电路 KCL 定理 :
i0 = C du0 ( t ) u0 ( t ) + dt RL
在一个开关周期内 ,电感电流的平均值 : δT Um Ton Um i Lav = sin ( ωt ) = sin ( ω t)
2L 2L
( 3)
上式中 T 为功率管的工作周期 。 由于分布电感和电容的作用 , 输入电流可以看 成流过电感电流的瞬时平均值 , 那么 , 网侧输入电 流 i ac ( t) 等于电感电流的平均值 i Lav ,即 δT Um iac ( t ) = sin ( ωt )
2 单相 BOOST 功率因数校正是电路结构
采用 BOOST 结构作为单相功率因数校正的电 路如图 1 所示 。 电路采用 PWM 控制方式 ,实现对输
2002 年 2 月
王玉峰 ,肖永江
单相 BOOST 功率因数校正主电路模型的建立
・ 35 ・
电流由下式确定 :
iL = u in t L
由上式可以得出输入瞬时功率 Pin ( t) 应为 : 2 Pin ( t) = Um Imsin (ω t) 主电路的输出瞬时功率为4 卷第 1 期
输出电压 、 输入电压的幅值以及电路的工作频率成 正比 ,与输入电流的幅值以及电感 L 成反比 。
过度过程约为 0. 12 s 。
6 结论
应用基尔霍夫定理和瞬时功率守恒定理建立 了 BOOST 功率因数校正电路的输入电流 、输出电 压从控制到输出低频小信号模型 ,该推导过程的物 理概念清晰 , 方法比较简单 。对电路仿真表明 , 采 用此方法建立的电路的模型是可信的 。在低频小 信号的情况下 , 输入电流模型为比例环节 , 其带宽 较大 ,动态性能较好 ,输出电压环模型为一阶环节 , 其时间常数与输出电容 、 电路的负载有关 , 带宽相 对较小 ,因此输出电压的动态性能要差 。
入电流波形的校正和对输出电压的调节 。对于电 路的主电路来讲 ,输入电流和输出电压的调节均是 通过改变占空比完成的 。
3 输入电流从控制到输出的模型
要建立从控制到输出的模型 ,首先应当确定电 路的控制量和输出量 。对于输入电流来讲 ,电路输 入电流的幅值 Im 是被控量 , 被控量 Im 是通过调节 功率管 Q 的占空比 δ来完成 , 因此 , 占空比 δ为控 制量 。 假设 ,BOOST 电路工作在 DCM 模式 , 电网的电 压为纯净的正弦波 , 电路的功率因数为 1 , 并且功 率管的开关频率远大于电网频率 , 这样 , 可以认为 整流桥的输出电压在一个开关周期内保持不变 。 功率管 Q 在导通期间 , 电感电流应线性增加 , 电感
肖永江 ( 1962 - ) , 男 , 讲师 , 主要从事航空 电源 、 航空电气设备的科研和教学工作 ,发 表有关论文十几篇 , 已有多项成果获军队 科技进步奖 。 收稿日期 : 2001 - 06 - 12
● Z J 40DBS 变频钻机电传动系统
下 期 要 目
● 基于 DSP 的无刷直流电动机控制系统 ● 矿井摩擦式提升机制动力补偿装置设计 ● 智能功率模块 IG B T- IPM 及其应用 ● 一种新型的模糊 Smith 控制器的设计 ● 基于 MAT LAB 环境下的控制系统参数的优化设计
电力电子技术 ,1999 ,33 ( 5) :49 - 51.
[ 2] 刘 键等 . 单位功率因数单相开关变换器的输出电压纹
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[ 3] 陈丽敏等 . 电力电子装置谐波抑制 、 无功补偿及有源功
率因数校正技术综述 . 电气传动自动化 ,1998 ,20 ( 3) :
2 Im
T=
1 RL C 2
由 ( 1) 式和 ( 9) 式可以得出主电路电压环由输 入到输出的传递函数式 : Δu 0 K Um T K ( 10) Δδ = TS + 1 2L = TS + 1 式中 : K0 =
UoDC Um T 4 Im L T=
1 RL C 2
用于功率因数校正电路的 BOOST 电路在低频 小信号情况下输出电压为一阶环节 , 其中时间常数 由输出电容 C 和负载 RL 决定 , 比例系数与电路的
第 24 卷第 1 期 2002 年 2 月
电气传动自动化
Electric Drive Automation
Vol. 24 , No. 1 Feb. , 2002
文章编号 :1005 — 7277 ( 2002) 01 — 0034 — 03
单相 BOOST 功率因数校正主电路模型的建立
王玉峰 ,肖永江
3 - 6. [ 4] 严百平等 . BUCK 变换器实现 PFC 的机理及其仿真 . 电
气传动自动化 . 1998 ,20 ( 4) :68 - 71. 作者简介 : 王玉峰 ( 1967 - ) ,男 ,讲师 ,硕士研究生 , 主 要从事电力电子技术 、航空电源以及计算 机控制与应用的教学和科研工作 , 目前已 有多项成果获军队科技进步奖 。
ILmax L uin Ton = uin - uout uin - uout
式中 uo ( t) 、io ( t) 为电路的输出电压和输出电 流。 忽略电感电阻以及功率管的损耗 , 依据特勒根 定理 ,输入输出的瞬时功率应当平衡 ,即有 :
Pin ( t) = Pout ( t)
2 Um Imsin (ω t) = uo ( t) i o ( t)
( 8)
式中 UoDC 为输出电压的直流分量 将 ( 8) 式代入 ( 7) 式并取拉氏变换 ,整理后得 : Δu0 ( S ) K ( 9) Δim ( S ) = TS + 1 式中 : K =
Uo DC
4 输出电压从控制到输出的模型
要调节电路输出侧电压 uo , 可以通过改变输 入侧电流的幅值 Im 即可 , 而输入电流的幅值 Im 的 大小是由导通比 δ决定的 ,因此 ,控制量为 δ, uo 为 输出量 。 在稳态时 ,主电路输入电流 i m 的幅值恒定 为 Im ,输出电压 uo 的恒定为 Um ,导通比为 δ, i m 、 uo 在稳态工作点 ( Im 、 Um) 附近的低频小信号的波动量 δ。假设电路为单 为 △i m 、 △uo , 导通比的变化为 △ 位功率因数 ,则输入电压和输入电流分别表示为 : u in = Umsin (ω i in = Imsin (ω t) t) 式中 Um 为输入电压的幅值 ;