单周期控制的BoostAPFC理论分析与Simulink仿真_吉亚泰.docVIP

单周期控制的BoostAPFC理论分析与Simulink仿真_吉亚泰 第２９卷第１２期（下） ２０１３年１２月 赤峰学院学报（自然科学版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｆｅｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｖｏｌ．２９Ｎｏ．１２ Ｄｅｃ．２０１３ 单周期控制的BoostAPFC理论分析与Simulink仿真 吉亚泰 （浙江大学 摘 电气工程学院，浙江杭州310007） 要：为实现控制简单可靠，系统动态响应快，Boost有源功率因数校正（APFC）采用单周期控制的非线性控制策略.本 文对单周期控制的BoostAPFC进行理论分析，并基于Simulink完成建模和仿真.实现设计电路输入功率因数高、输出电压纹波小、电流畸变率小. 关键词：单周期控制；Boost变换器；功率因数校正 中图分类号：TM461 引言 文献标识码：A文章编号：1673-260X（2013）12-0056- 02 其中，us为采样电阻两端电压.令Um=RU e 在每个开关周期内对上式积分，得到单周期Boost结构APFC控制方程Um-iLRs=1 s 由于实际电力电子装置多采用高频PWM波驱动，其应用中必然产生电网污染，包括注入高次谐波、降低网侧功率因数等[1-2].常见解决方法即采用APFC技术.单周期控制的基于Boost结构APFC响应速度快，抑制输入扰动和负载跳变效果好.由于免去入端电压检测和乘法器，控制实现简单可靠[3].本文对单周期控制BoostAPFC进行建模，在设计原理基础上，通过仿真对电路进行参数优化，使其在给定参数下达到性能优良的要求. 单周期控制BoostAPFC工作原理2 单周期Boost结构APFC电路原理图如图1所示[3-4]. 乙Udt. m dTs 输出电压分压后作为输出采样送入误差放大A1，与参考电压uref比较后，经PI控制器后送入积分器A2.置位触发器后，积分器输出正比输出电压的三角波.当控制方程成立时，比较器翻转输出为高电平，触发器复位，积分器结果清零.此类控制策略使得每个周期内均满足要求的控制方程，实现了功率因数校正.3BoostAPFC电路参数计算 现设计一单相BoostAPFC电路，要求如下：输入交流 输入频率50Hz；开关管频率50kHz；电压有效值90~250V； 输出直流电压不低于400V；输出功率不低于300W.3.1整流桥 选择整流桥时其额定电压必须大于输入电压峰值，其额定电流由输出功率和输入电压决定，输入电流峰值最大值Iinmax计算式Iinmax=P0.其中Uinmin为最小输入电压.计 inmin算得到Iinmax=5.24A.3.2Boost电感 该电感值根据输入电流纹波要求确定.考虑极端情况，当输出功率最大，输入电压最低时，输出电流纹波最大，计算式L=Ud.取电感电流纹波△iL=20%Iinmax，计算得 sL 到L=1.88mH.3.3Boost电容 输出电容值由输出电压维持时间决定，取维持时间 t.取电容电压纹波为△t=15ms由计算式C=2P△22min △u=U-Umin=10%U，通过计算得到C=296μF.3.4功率开关管和快恢复二极管 选择开关管和二极管时，其额定电压必须大于输出电压，额定电流必须大于电感电流最大值.结合实际和仿真结果，实际确定电压为1.5倍裕量，电流为2倍裕量.4Simulink仿真与优化 根据BoostAPFC原理建立的Simulink系统模型如图2 图1单周期控制的BoostAPFC原理图 其基本原理即在任意单周期内，通过占空比调整负反馈，使得开关管输出平均值等于参考值. 电流连续模式下单周期BoostAPFC在任意开关周期内经历两种状态： 结合工程实际，忽略整流桥压降、电开关管VS导通时， 流采样电阻压降、开关管导通压降等小量，则电感两端电压为uin.此时电感电流线性增长，其增长量△iL=uinTsd.其中，d为占空比，Ts为开关周期.由于二极管单向导电性，电容不会被短路.开关管VS关断时，二极管VD导通，电感将存储的能量传输给电容.忽略整流桥压降、二极管导通压降.则电感电流线性减少，其减少量△i#39;L=(U-uin)Ts(1-d).其中，U为输出电压. 若系统达到稳态，一个周期内应有△iL=△i#39;L.由此可知uin=U(1-d). 根据功率因数校正要