基于Matlab的高功率因数校正技术的仿真研究

　　1.引言

　　由近年来,随着电子技术的发展,各种办公自动化设备,家用电器,计算机被大量使用。这些设备的内部都需要一个将市电转化为直流的电源部分。在这个转换过程中,由于一些非线形元件的存在,导致输入电流电压虽然是正弦的,但输入的交流电流却严重畸变,包含大量谐波。而谐波的存在,不但降低了输入电路的功率因数,而且对公共电力系统产生污染,造成严重的电路故障。正因为如此许多国家制定了相应的技术标准,用以限制谐波电流的含量。例如IEC 555-2﹑IEC 61000-3-2﹑EN 60555-2﹑GB/T 4549-1993等标准,规定了允许用电电气设备产生的最大谐波电流。由此可见,由此可见消除谐波电流和提高功率因数有非常重要的意义。在整流输出电路后采用有源功率因数校正技术能够有效地解决上述问题,实现各种电源装置网侧电流正弦化,使功率因数接近1,并且极大地减少谐波电流,消除无功损耗。然而在有源功率因数校正中控制方式又分为模拟和数字控制方式,控制方式的选取对减少电流谐波和提高功率因数有重大影响。因此本文重点介绍模拟控制器和数字控制器在Boost单相功率因数校正变换电路中的应用,并论证了数字控制方式将逐步取代模拟控制方式,在不远的将来成为PFC中的主流控制方式。

　　2.有源PFC的工作模式和控制方式

　　根据电感电流是否连续,PFC电路的工作模式可分为不连续导电模式(DCM)和连续导电模式(CCM)。DCM模式的PFC电路一般用于电压控制型而且功率小于200W,CCM模式的控制方法比较复杂,一般用于电流控制型并且功率大于200W以上的PFC电路。有源PFC电路的电流控制型控制方式分为峰值电流控制,滞环电流控制和平均电流控制,本论文中选用的控制方法是平均电流控制法。

　　3.功率因数校正的必要性

　　一般开关电源的输入整流电路部分为图1所示：

　　图1 整流电路图

　　例如在离线式开关电源的输入端,AC电源经全波整流后,一般接一个大电容器,以得到波形较为平直的直流电压。整流器-电容滤波电路是一种非线形元件和储能元件的组合。因此输入交流了电压虽然是正弦的,但输入交流电流波形却严重畸变,呈脉冲状,其结果可以由如图1所示整流电路在Matlab的Simulink中仿真结果得到验证。从图2可以看出,输入电流

　　图2 整流电路输入点压电流仿真图

　　发生了严重畸变。因此,大量应用整流电路,要求电网供给严重畸变的非正弦电流,造成的严重后果是：谐波电流对电网有危害作用,输入端功率因数下降。为了消除电流谐波和提高功率因数,必须在电路整流后加入功率因数校正电路。应用最广泛的是单相Boost有源功率因数校正变换电路,如图3所示。