基于Matlab的交流斬波型PFC電路仿真研究

Q為雙向開(kāi)關(guān)管。當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，輸入電流通過(guò)電感和開(kāi)關(guān)管，電感儲(chǔ)能，同時(shí)直流側(cè)濾波電容給負(fù)載供電；當(dāng)開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)時(shí)，輸入電流經(jīng)過(guò)電感和整流二極管到達(dá)負(fù)載端，電感儲(chǔ)能和交流電源同時(shí)給負(fù)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(diǎn)：當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，主回路電流不經(jīng)過(guò)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(fù)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(dāng)于兩個(gè)Boost電路的并聯(lián)，在克服傳統(tǒng)Boost PFC電路缺點(diǎn)的同時(shí)，保留了升壓電路的優(yōu)點(diǎn)。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于：
(1)增強(qiáng)了傳統(tǒng)PFC電路的諧波抑制和功率因數(shù)校正能力，可實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)；
(2)交流側(cè)的電感增強(qiáng)了電路的電磁兼容性；
(3)降低了電路的傳導(dǎo)損失，任何時(shí)刻都只有兩個(gè)半導(dǎo)體器件導(dǎo)通；
(4)通過(guò)開(kāi)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(kāi)關(guān)管。當(dāng)開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)時(shí)，輸入電流通過(guò)電感、電容和開(kāi)關(guān)管，電容C1儲(chǔ)能。

當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，此時(shí)輸入電流經(jīng)過(guò)整流二極管到達(dá)負(fù)載端，電容儲(chǔ)能和交流電源同時(shí)給負(fù)載和電容供電?？梢钥闯觯珺uck型交流斬波功率因數(shù)校正電路中，當(dāng)開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)，主回路電流不經(jīng)過(guò)整流橋的二極管，可達(dá)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(kuò)展，專門用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的仿真，具有很強(qiáng)的動(dòng)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(jìn)行功率因數(shù)校正電路的仿真，有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
(1)基于器件模型，可以仿真器件參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)的影響；
(2)仿真模型復(fù)雜。精度較高?？梢詫⒂?jì)算機(jī)仿真技術(shù)運(yùn)用到PFC裝置的分析和設(shè)計(jì)中。
以Boost型為例，對(duì)文中所提出的交流斬波功率因數(shù)校正電路進(jìn)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(jìn)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(gè)仿真時(shí)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(shí)間的進(jìn)行，逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)，輸出電壓在300 V上下波動(dòng)，符合電路設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié) 語(yǔ)
這里討論了應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)的正弦波形，與輸入電壓相位相近，實(shí)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(yàn)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。