有源功率因数电路的设计

1、一、引言1.1课题研宄背景及意义随着计算机的广泛运用以及高尖端科技的出现，这些系统对于电网的供电质量 提出了更高的要求，在计算机系统中运用ups不间断电源供电，可以使得在工 作期间的计算机系统不会因为突然断电导致ram中的重要数据丢失，避免了不 必耍的麻烦，更为主耍的是ups电源可以避免计算机系统因电源中断而整体瘫 痪。ups不仅可以连续不断的向负载提供电能使其电压和频率都工作在一定正常 范围内，并丑可以抑制输出回路屮的干扰。ups不间断电源的主要作用是在输入冋路断电吋将电池的电能逆变成交 流电提供给负载并且有稳频稳压的作用。当电源恢复正常后，输入回路会继续向 负载提供电源并且同时向蓄电池组进

2、行充电。其基本原理是把电网中的交流电在 经过滤波器整流以后变为直流电，然后经过逆变器再转换成交流电，蓄电池组在 电网功能的同时将一定量的电能转化成化学能进行储存并保持着一定的充电电 压，当电网发生故障而中断供电时，蓄电池组会立即为逆变器供电，这样就保证 了不间断的输出交流电，其供电时间的短由储能多少来决定。典型的晶体管式 ups不间断电源内部结构如下图所示：按照逆变器的不同工作状态ups不间断电源可以分为两种形式，即在线式 和后备式：(1)在线式：在线式是指在市电正常工作吋，是以交流一整流一逆变器这样的流程 方式对负裁进行提供交流电；当市电发生故障而中断时，则会以蓄电池组一逆变器的这种 工作方

3、式对负载进行供电，当逆变器出现故障，则由控制器使旁路开关将市电接在负载上,(2) 在逆变器排除故障后，再恢复逆变器对负载进行供电。(3) 后备式，后备式指的是当市电在正常情况下提供电能时，市电直接为负载提供电 能：在市电中断后，蓄电池组才会为逆变器提供电能，由ups的逆变器为负载进行提供交 流电。当单台ups不间断电源能够为全部负载提供电能时，其连接方式较为简单，如阁所 矗不：市电输入幵关 ups瑜出开关负载市电输入幵关输出开关输出什又两台或者两台以上的ups不间断电源的总容量比负载总容量要多，且该系统会比负载 的总容量多一台ups不间断电源的容量，任何一台不间断电源发生故障时，其余的仍然可

4、以继续供应全部负载，这样的方式称为并联有备份方式，连接方式如图：一検出幵关负载r埔入开关瑜入开关当ups电源附带的负荷超过限度或者逆变器能部件出现故障，ups电源将会 由旁路直接提供电能。当然，ups不间断电源冋样存在着不足：(1) 插件的数量比较多，这使得硬件的成木也会相应变高。(2) 许多潜在故障不会轻易地暴露。元器件较多，元器件老化以及偶尔的 故障发生率较高，客户对于故障的奔找和修理恢复运行比较困难。(3) 由于ups电源的检测特性还仅限于模拟输出量的测量值或者用于出发 声音和感光报警器的继电接点，并乜它只具备少量的储存数据能力，客户只能通 过有线的仪器很难确定ups故障，这也使维修有了

5、很大的困难度。(4) 每一款型号的ups电源都耍设计新的硬件电路，这样，不修改硬件部 分的ups升级是很不现实的，所以其通用性较差。1.2 ups发展趋势随着科技的进步，ups的技术已经比较快速的发展。在许多新的领域， 如金融，证券，航空，电信，电视，办公&动化，ups提出的更新更高的要 求，这无疑推动着ups技术的创新和发展。1.2.1高频逆变器在技术方面，基本的微电子技术，电力电子，用作绝缘栅双极晶体管逆变 器功率器件的新一代ups产品的开发自动控制技术。由于频率增加，逆变器 损耗和ac滤波器的损耗的大大减少，所以逆变器的效率可以得到改善。为 2050赫兹的igbt的开关频率，在显

6、著提高了逆变器的性能吋，输出电压 的谐波含量减少，同时也提高了 ups和电流峰值因数的输出的动态响应。同 时，高频率的igbt逆变器，减少了能量存储装置的大小和重量，从而减少机 器的尺寸和重量，节省占地空间，降低了机器的噪声和成本。1.2.2小型化传统的ups输出通过变压器，由于硅钢片的性质高频变压器的尺寸和重 量很大。在最近几年，己经出现的中小型ups不间断电源无输出变压器的单相 输出，显著降低其重量。逆变器没有输出变压器，它需要一个高频变压器的输入 端，用于输入匹配，并且电池和逆变器之间需要直流转换器。为了把交流电转换 成逆变器和蓄电池组需要的直流电压，使ups有高的输入功率因数和低的输

7、入电流失真度，成为绿色功率变换器，近年来，ups输入交直变换器采用了有 源功率因数校正电路。1.2.3智能智能的目的是方便管理，提高工作效率，目前的ups容量不仅多了很多， 而且筲能程度越来越高，不仅可以指向监控和语音控制，还可以联网的多点 监控。ups除了其三大基本功能（调节，滤波，不间断）外，逐渐增加自 我监控，外部（打电话，发个短信）报警，集中监控，环境监控，切换器， 电池自动补偿和检测，功耗低，直接并机，对供电电网程线性载荷，相当于 非线性负载的输出，共享与电池或分用电池组的功能点。屮小型ups的ac / dc和dc / ac转换器大多是模拟控制电路，dc - dc 转换器控制芯片大多

8、己集成，使用方便，工作可靠。dc/ac逆变器有两种基本方式：单，双回路控制闭环控制。单回路控制电路简单，但难以实现输 出短路自恢复;双闭环控制具有内部和外部的电压电流，电压调节器的输出电 流调节器的给定，从而限制电流给定幅度将限制逆变器最大输出电流。电流 调节器采用滞环调节器，调节器可以显著提高了 ups的动态性能。数字控制已成为新的主流ups控制技术，数字控制器具有精度高，强抗干扰 能力强，易于实现对ups的检测，故障诊断和隔离，ups的遥控，遥测，多 台并联ups和热插拔，容易实现电池监控和管理。即，ups计算机的介入具 有智能，使其运行在最佳状态。数字pwm技术是数字控制技术的核心，用于

9、保证ups输出电压，这是 为了确保输出电压，频率和输出电压波形，以满足技术规范的要求，初步实 现了 ups自的品质测试和自检操作，故障保护和故障隔离是数字控制器的另 一个重要功能。由于数字控制器时，ups控制器硬件电路标准化，从而简化 了生产，使用和保养，而il还提高了可靠性的灵活性。1.2.4并联冗余技术由于数据中心的重要性円益显著，因此电源的中断会造成明显的损坏， 为了实现电源的高可靠性，多冗余连通性已成为数据中心电力的必要手段。 并联冗余系统是所有ups模块的并联运行的参与和系统有同样的地位，负荷 分担，其中任何一个出现故障时，其他独立的可自动承担额外的负荷，此吋 单个的故障会自动加载总

10、线脱离系统。显然，改进的并行冗余系统，使维护 单个的可靠性变得更容易，整个系统可以被并联连接，在无需中断电源进行 维护检修的情况下的负载，所以使用率是相当高的。并行和可热插拔的ups技术比开关穂压器复杂。由于可变的交流相序， 频率，相位，电压，波形这5个，当其中一个网格中的任何一个不一致吋， ups不能投入到电网，而且还通过调节电压和相位必须要实现同样的ups输 出有功和无功功率，电压和相位，而且调整不能使电网电压和频率偏移。ups交流输出，所以你不能用一个二极管来隔离故障的ups，因此要求ups 白我测试的操作不应该只高检测率，检测速度快和速度的判断，可快速拆卸 ups故障，以防止大的波动并

11、联母线电压，做强免疫力，防止杂散信号切除 正常的ups。因此，ups的并联有三个主要方面：一是自动ups电源的正 常工作，二是有功电流和无功电流分配之间的ups并联运行;第三，如果ups 故障，应于故障设备的情况下被快速除去不干扰电网。1.2.5环保ups的影响主要是输入功率因数，效率和系统噪声的环境因素。传统双 转换ups批量标准的六脉波整流器输入电网控制的干扰，由于电路结构和该 产品的系统效率低，对环境有污染的形成。由于排风扇应用于ups的冷却， 强大的气流会发出砰的一声，环境噪声污染的形成。1.2.6系统集成系统集成是在ups应用中的一大发展,其含义并不是指ups木身的融合， 而是作为网

12、络关键物理基础设施（ncpi ）是其职权超出了单个功能的功率 参考不可分割的一部分，但与配电，制冷，it机架，布线（电源和数据电缆）， 管理和it服务，以确保形成一个良好的环境正常运行。1.3主要研宄内容在查阅了大量文献的基础上，对ups的整体结构以及工作原理做了分析， 主要概括如下：1）、分析了 ups的发展现状以及将来趋势，尤其重点分析了 ups的原理以及 构成2）、了解各种提高ups功率因数的办法，在平均电流模式控制有源功率因数 校正技术的基础上，设计了电流采样电路，电压采样电路等等，并计算了关 键部件的参数3）、对系统采用matlab进行丫仿真。二、ups系统结构2.1组成部分在线式u

13、ps 般包含一下组成部分：输入整流滤波电路、功率因素校正电 路、蓄电池组、充电电路、逆变电路、静态开关电路、人机交互、微控制器，如 图2.1所示。图2.1 ups系统结构图(1)输入整流滤波电路在线式ups的整流电路，其意义在于将交流电转换为直流电，这是在为逆变 做准备。同吋，这些被整流降压后的直流电也能对蓄电池组进行充电。整流的方 式有两种，一种是利用可控硅和大功率二极管作为整流器件，有半桥式整流、全 桥式整流、6脉冲整流、12脉冲整流等方式。而另外一种方法则是用隔离变压器， 在市电降压过以后再用二极管桥式整流。前者常用于大功率ups，后者用于小功 率ups。整流之后的电信号只是一个带有纹波

14、的直流信号，除了直流成分以外， 还有交流成分。滤波电路可以抑制整流之后的交流信号，将带冇纹波的直流信号变成平滑的直流信号。常用的滤波电路有rc滤波，lc滤波等。(2) 功率因素校正电路功率因素pf指的是交流输入奋功功率p和视在功率s的比值。在ups不间断 电源系统中，经过整流以后的交流输入信号直接加到滤波电容和蓄电池两端，当 交流输入信号的电压超过了滤波电容两端电压，则滤波电容充电。扎样会有脉冲 电流在充电器和电容器之间产生，从而导致高次谐波形成，功率因数会下降，同 时对电网产生干扰。功率因素校正电路就是为丫提高系统输入端的功率因素，抑 制高次谐波对电网的干扰，使得电网输入电流和输入电压接近同

15、相位。(3) 蓄电池组储能装置中最常用的是蓄电池组，现在在ups中也得到了广泛的应用，在正 常的市电情况下，对蓄电池组用直流电进行充电，实现化学能与电能的转换。在 市电发生屮断时，ups的能源由蓄电池组提供，将存储在蓄电池组的电能释放。 在ups正常工作吋，蓄电池组会按照连续浮充方式进行充电，这吋的整流器是 和蓄电池组在并联工作。整流器供给你变电路输入信号，同时，整流器也同时将 一部分电流提供给蓄电池组，作为蓄电池组的放电消耗补偿。与此同时，浮充充 电这种方式可以进行改善ups瞬态响应。(4) 充电电路ups的充电分为两个阶段，在充电器初期采用横流充电的方式，当蓄电池组 的电压达到浮充电压之后

16、，充电器改成恒压充电的方式。根据ups的功率，充 电电路会采用可用硅整流器件或者开关器件。充电方式的切换是由控制芯片完成 的。控制芯片在充电过程中检测两个物理量：电池电压和电池电流。通常，充电 器的工作是独立于逆变器的，只要ups的电源接通，充电电路就处于工作状态， 开始为蓄电池充电。(5) 逆变电路整流后的直流经逆变器转换为交流电源，电源传送到负载。除了 ac逆变器 冲高后，浪涌，谐波干扰和不稳定电源的其他因素。逆变器的主要部件是igbt 功率器件，微处理器通过spwm波驱动igbt ,输出交流信号，使用随机提供的 负载滤波后(6) 静态开关作为逆变器开关器件和旁路静态开关只需要转换的作用，

17、同时也有效地保护 丫逆变器和负载。当ups不间断电源输出过载时，幵关会保护静态逆变器将电 力负荷的电力供应。如果逆变器发生故障，以保护负载，静态开关将被转换到主 电源向负载供电。ups采用低功率继电器为静态开关。（7）微处理器微处理器是ups的心脏，在ups中起着整体控制作用，是整个机器的控制 屮心，它主要由spwm输出波形驱动igbt , adc通道系统上的各种采样参数, 包括中输入信号吋，电压反馈信号，电流和频率，电池充电电压和充电电流等参 数2.2功率因素的定义功率因数是电力系统的一个重要的技术数据。功率因数是电气设备系数的效率 的量度。功率因数低，表明该电路是用来转换交流电的无功功率的

18、磁场，电力线 损耗增大，所以电力部门对于电力的功率因数单元有一定的标准耍求。在交流电 路屮，相位差（o）的电压的余弦和电流之间的被称为功率因子，用符号cos 小，功率因数的值是有功功率和视在功率的比率来表示，即，cos<t=p/s的 定义pf=宥功/视在功率=p /vi在ac/dc电路中，输入电压为正弦波，输入电流为非正弦波，有效值为：错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。其中，错误!未找到引用源。、错误!未找到引用源。、错误!未找到引用源。分别是电流的基波分量、二次谐波分量、n次谐波分量的有效值。设电流基波分量落后于电压角度，根据功率因数的定义有：pf=错误!未找到引用源。=错误!

19、未找到引用源。错误!未找到引用源。称为相移因数。同时，定义总谐波畸变（thd）力：thd =错误!未找到引用源。，错误!未找到引用源。由以上可以看出thd与畸变因数的关系力：错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。2.3提高功率因素的办法目前广泛使用的提高功率因数的方法有下面几种：(1)多个整流电路：即按照一定的规则的两个或多个组合屮的整流电路的结 构相同。整流电路换位度量的多个连接可以减少交流输入电流的谐波，同吋 釆用顺序控制方法的一系列多个整流电路能改善功率因数。(2 )被动校正方法：无源功率因数校正电路中的lc滤波器用来增加整流器 的异通角，从而降低了谐波电流，改善功率因数的单相整流器

20、的整流电路。 他使用，而不是价格较高的有源器件电容器，电感器，二极管和其他部件。 然而，其效果不冇源功率因数校正的校正好，只能改善0.7功率因数0.8,它 一般用在小容量的情况下，并在串联连接的电感器中使用这种方法的输入电 压大的低音电感，以减小峰值电流进行充电的滤波电容，二极管的导通时间 增加。这种方法简单，低成本，高可靠性。但体积大，笨重，以及工作负载 的变化和输入电压变化的性能和频率有关。(3 )有源功率因数校正：他用有源开关或ac/dc变换技术，成为输入电 压和电网电压相位的正弦波。它可以得到非常高的功率因数。而且体积小， 但电路复杂，成本高，电磁干扰。平均无故障时间下降，并且他也只能

21、实现 一个简单的单向流动，因此无法实现电机的再生制动。有源功率因数校正己 被广泛应用于幵关电源，交流不间断电源等领域。(4)直接矩阵变换器是一个逆变器电路，开关电路中被完全控制所使用的设 备，其优点是，该正弦波的输出电压，从电网电压的输出频率也可以被控制， 以限制输入电流是正弦波儿童和相同的电压，功率因数为1时，也可以控制 所需的功率因数能量的双向流动可以是交流电机的四象限运行，而不是通过 频率的屮间部分，效率越高。它的缺点也很明显，作为开关器件逆变电路， 该电路结构较复杂，成本高，控制方法还不成熟。此外，最大输入电压高于 输出只有当输出电压为交流电动机转速比是低的。(5) pwm整流器：pw

22、m整流器技术是一种中等容量的单位功率因数变流 器的用途主要技术。型三相整流电压和分电流型，电流源可应用于大胡子种成熟的技 术，在电源开关的频率要求不高，缺点是不连续的输入电流，输出电压纹波 的业务流拓扑并不大电压源仪器可用于控制各种适当的策略，并能实现能源， 其主要优点脚响应速度快，结构简单，易于抑制电磁干扰的双向流动。因此 较为常用的三相整流电压类型。其控制方法的主要优点是：获得较高的功率 因数，大约有0.970.99，总谐波失真低，可工作在很宽的输入电压范围 内，体积小，重量轻3.1有源功率三、有源功率:电路的选择:电路的设计有源功率因数校正技术apfc(active power fact

23、or correction)伴随着开关电源变换技术的发展而出现。输入电流升压型apfc电路必须强迫或调节到相同的输入电压成正比，需要控制输入电流反馈信号，可以是峰值电流模式控制，滞环 电流模式控制和平均电流模式控制。峰值电流模式控制異有低增益，宽带宽的电 流回路，这通常是不适合高性能有源功率因数校正，因为在信号和电流调节，这 将产生失真和低功率因数之间的严重错误;滞环电流上的大的体积和重量，不能 以最少的设计中获得的负载的开关频率的大小的控制，由于影响;而平均电流模 式控制的升压功率电平周围使用小放大器的输入电流来调整跟踪误差信号的反 馈环，实现高功率因数，而且比较容易控制，恒频电流控制，高稳

24、定性，低失真， 对于中，大功率幵关电源是比较合适的。木章首先分析了平均电流控制工程升压 apfc电路的类型，然后将其小信号模型的基础上。比较起来，升压apfc具有高 功率因数，电流波形畸变，输出电压越高显著优点，因此，该功率因数校正电路 的选择提高主电路。l图3-1 boost有源功率因数校正原理图据有关apfc控制，结合自己的优点和缺点的介绍，我们选择来控制平均电 流模式控制方案的ccm ,和uc3854集成芯片的设计和构建的仿真模型的参数。 的unitrode uc3854是美国的公司开发的升压apfc平均电流控制1c，兵有高带 宽，高输入电流跟踪能力等。有源功率因数校正电路两者的整流器和

25、电压调整器的功能，这需要整流器输 入功率因数为1吋，稳压器的输出电压的稳定性要求。出于这个原因，pfc电 路的电压和电流应引入以形成一个反馈环路控制系统，外环以实现稳定的输出 电压，输入电流整形内实现，使得在相位的标准正弦波与输入电压。其基本原理都boost功率因数校正电路。图中显示的有源功率因数校正升压 原理图3-1。主电路由一个单相桥式整流器和dc/dc转换器构成，所述控制电 路括一个参考电压和电压误差放大器va，乘法器m，电流误差放大器ca，脉 冲宽度调制器和驱动器等部件，之负载可以是一个开关电源。升压型apfc的工作原理如十*:当主电路的参考电压进行比较，输出电压， 输入到电压误差放大

26、器，电压误差放大器的输出与施加到公共乘法器整流输入电 压时，乘法器的输出作为反馈控制的电流参考值，输入电流和所检测到的信号进 行比较，误差放大器的一个输入电流和pwm驱动器和施加到控制开关s处于关 闭状态，以使输入电流（即，电感器电流）输入电压的整流器的相位基本波形， 以便大大减少电流谐波，改善输入功率因数，同时保持输出电压稳定。3.2 apfc电路的参数设计本文说研允的单相boost有源功率因数校正器，其技术指标如下：输入交流电压 : 80-2701/输入频率,：50hz 输出直流电压4001/开关频率乂： 100khz输出功率p: 500w 功率因数pf: >0.99功率因数校正主要

27、实现两个目的：控制输入电流波形，使其跟踪输入电压波 形，从而得到高输入功率因数；为后一级电路提供平滑的直流电压。3.2.1主电路设计(1)升压电感起着线路电感的能量传递，存储和过滤的效果，并且确定的高频纹波电流的 输入量，并因此限制了电流纹波按照最小电感值的原则来确定。考虑最坏的情况: 最大输出功率，输入电压降到最低。在这种情况下，最大输入电流纹波是最大的， 以确保在这种情况下，输入电流纹波和仍然满足要求，电感器的设计应在输入电 压的最低点来计算。设最人峰值电流为: x500 808.84(a)式中，设置允许的最大电感电流纹波，通常选择的最大峰值在大约20%的线电流， 这使得当最大峰值电感电流

28、是通过在输入电压峰值时间确定发生从20%占空 比，电感电流的波动的，峰值输入电流应达到的最大电流波动时，因此，应在最 小输入电压的峰值点处计算占空比，有騙in :400_人><80二071 v,400计算升压电感值为：£v,minxd = 72x80x0.71 =xxa/, 100000x1.8本设计屮l实取值为0.5mho (2)输出电容旨在满足吋间标准的要求。保持吋间之后是输入电源关闭吋，吋间的长度输 出电压保持在规定的范围之内。持续时间是下面的电参数的函数：存储在输出电 容，负载功率，输出电压，最小电压，以使工作负荷的能量的总和。所以用维持 时间ar来确定输出电容值

29、的计算公式为：(3-1)2qzul、-"二n)取/v为36ms，则_ 2x500x0.036 4002 -3502=960/f电容c取值为960/f。(3)电流取样电m通常有两个电流检测的检测方法，逆变器的接地电阻器和与其串联的一个样 本来检测输入电流或具有两个电流互感器即返回侧。使用低输入电流取样电阻， 以检测比电流互感器的成木，它主要是用在电源和输入电流小的场合。因此，设 计的选择，用于检测输入电流取样电阻的方法。电流取样电阻的电压降通过电流 环路的调节电流采样信号输入时，输入电流为正弦波形状。电流取样电阻/?、.上 的电压的典型值为v、=1.0v。求出 k(max)= ipk

30、+ a/2 = 8.84+ 0.9 = 9.74(a)电流取样电阻值/?、=1/伙=1/9.74 = 0.1(，选取0.15q峰值检测电压的实际值心=8.84x0.15 = 1.3(v)。(4)功率幵关管和二极管当电源开关接通时，二极管的反向阻断，通过电感器的电流开关的电流，反 向电压的二极管上的输出电压;当电源开关被关断时，二极管被正向，开关上的 输出电压电压时，电感电流通过二极管的电流。因此，选择的电源开关和二极管 时，额定电压必须大于输出电压，额定电流必须大于最大电感电流。电压考虑 1.2倍的安全裕量，电流考虑1.5倍的安全裕量，则1.2x400 = 480v, /cew)1.5/l(m

31、ax) = 1.5x8.84 = 13.26/u3.2.2控制电路的设计(1)控制电路的建模1) 电流调节器的建模电流控制环由电流误差放大器、pwm比较器和功率级组成，电流环的结构 图如图3-2所示。图中gea (5)是电流误差放大器的传递函数，是脉冲宽 度调节器pwm的传递函数，表示主电路上&两端电压受占空比d控制的小信号传递函数。功率级传递函数：=巡，萬=丛(3.2) don(s)sl sl式屮vscy)为取样电阻&上的电压，为功率电路输出电压，l为功率电路 电感。pwm比较器的传递函数为:pwm (3-3)_ 丄其中vs为振荡器斜坡电压峰峰值。uc3854中的v5s5.2

32、v。电流误差放大器及其补偿网络的结构图如图3-3所示，根据虚短、 理，可求其传递函数为：穴cz c(；z_ k' r|ty + l虚断的原(3-4)rcccz ccps s 2s + t = rczccz t2= rc7ccp o式中&rciccz 2)电压调节器的建模电压环由电压误差放大器和升压级组成，结构图如图3-4所示图3-5电压误差放大器电压误差放大器如阁5-5所示，传递函数为:(5)rvf 1 二 k2尺vi+ 175* + 1(3-5)式中厂rvfvi按照输入功率表示的升压级传递函数为pln _ k 3gb»sc(yoxvvea s(3-6)式屮，是包括乘

33、法器、除法器、平方器在内的升压级增益，为平 均输入功率，c。为输出电容，avve，是电压误差放大器的输出电压范围(avve,=4v) v；是输出直流电压，。c,kxavve4(2)电流调节器补偿网络参数设计 1)开关频率点的电流误差放大器增益计算因电感电流下斜在检测电阻上的电压，然后除以开关频率，用/?、.代替 电流互感器(/?v/ao,方程式为：(3-7)即 av/<s. = (400 x 0.15)/( 0.0005 x 100000) = 1.2(v斤)，该电压必须等于v、的峰峰值，即定时电容上的电压(5.2v)o则误差放大器 的增益为：gq =v4/avs =5.2/1.2 =

34、4.3。2 )反馈电阻器，设/?ei等于/,: /?ei = /?,n() = 4f2 ,rcz = gca x rci = 4.3 x = 17.2h1。 3)电流环穿越频率/e/f = voxr、xrcz jci vs x2£x/?cl代入数值得/q. =15.8ahz4)零点补偿电容cez(3-8考虑到电流环路的截止频率设在15.8rhz, 截止频率，即在环路的截止频率值频率设零点,相位容限为45 则零点补偿电容零点频率等丁qz =2d 27rxl5.skxll.2k=586 pf取 620pfo5)极点补偿电容c,cp极点频率至少高于功率开关切换频率的一半，即极点必须在乂/2

35、以上，则极点补偿电容为:ccp =27tfsrcz 2x100x17.2/:92 pf取 92/?f。(3)电压调节器补偿网络参数设计1)输出纹波电压主电路的输出纹波电压由下式给定，式中厶是二次谐波纹波频率:opk2(v)50027rf'rcov()2/r x 100 x 960厂 x 4002) 放大器的输出纹波电压和增益为了使av减小到电压误差放大器输出所允许的纹波电压，应按如k关系设置电压误差放大器在二次谐波频率点上的增益值:gva =opk按规定取交流输入电流的三次谐波为3%,(3-9)电压误差放人器输出端占1.5%，且该端口的电位对于 uc3854 而言，avv40 = 5-

36、1 = 4,故= 4x0.015/2 = 0.03 o3) 反馈网络的数值0.103/f已知gva，可求出电压误差放大器反馈回路屮的元件cv,.值，rvigva2兀 x 100 x 511z: x 0.03式中厶为工频的二次谐波频率，/?v,，的值是一个适当的任意值，一般取rvl = 511h2。4) 设置直流输入电压，利用，可得rvd= rv,vref/(vo- vref) = 51r x 7.5/(400 7.5) = 9.8h2，取 10k q。5) 求出极点频率6)求尺a-fvivfpt.avvao xvoxrvi xcoxcvfx (2)5004x400x51 rx960px0.10

37、3/zx(2)2rvf27ifvl cvf2tt x 12.5 x 0.103/(3-10)12.5hz12偏有源功率因数电路的仿真分析4.1 matlab 简介在本文中，matlab6.5软件平台模拟。math works公司的matlab是美国的公司 推出丫矩阵计算科学计算软件，它利用思想的开放开发，在数值计算，图像处理, 数据分析和工程设计仿真等方面极为广泛，它内置了丰富的库函数，具有很高的 编程效率，灵活的程序设计，图形等特点。己发展成为实力雄厚的大型软件一个 合适的多学科，多平台的工作。matlab产品是一组数值计算，先进的图形和 可视化，高层次的编程语言和动态系统建模和仿真于一体的

38、开发环境。得到广泛 应用，包括信号处理和阁像处理，控制系统设计，动力系统设计，金融，医药等 诸多领域。一个主要特点是matlab工具箱进行许多具体的应用，包括一套完整 的功能，为图像信号处理，控制系统设计，电力系统的分析和设计。matlab工 具箱是一系列的专业图书馆，在解决特定领域的问题，工具箱是开放的，可扩展 的，可根据特殊需要来开发自己的算法。sinwlink中的matlab用于提供动态系 统建模和仿真和支持连续的，离散的，并ii线性和非线性系统的组合的分析软件 包。形成了一系列大规模的，覆盖面很广的工具箱，包括控制理论，电力系统， 信号处理，大量现代工程技术学科。sinwlink中为用

39、户提供了图形化建模界而， 它与传统的仿真软件建模与微分方程和差分方程，以更加直观，方便，灵活的优 点相比。matlab/ simulink的电力系统工具箱spb包括所需的各种电路仿真模型组件，包 括电源模块，基本电路模块，电力电子模块，电机模块，连接模块，电源模块检 测模块和附加等七大模块库。每个模块库毡含所有基木组件模型，如功率模块的 直流电压源和电流源，交流电压源，电流源，受控电压源，电流源，如五大发电 模式;电机模块库屮包含各种电机型号，如异步电机，同步电机，水永磁同步电 机，功率电子模块库中伍含理想的开关器件，晶闸管，功率场效应管，gto , 以及其他功率开关元件的模型。只需将模块组件

40、simulink的窗口，通过参数设 置对诏框来设置参数就町以实现模拟电力电子电路。本章使用matlab / simulink 的电力系统工具箱模块apfc电路的设计仿真。4.2 apfc主电路的仿真4.2.1主电路的原理图采用状态方程法来推导boost电路的数学模型。图4-1为基本boost型变换 器的主电路。为了确定开关管和二极管的工作状态，引入二进制变量a,当开关s导通时，a=l；当开关s截止时，a=0。这样，变量a就可以代表开关管和二极 管的状态，它是二进制变量，取值0, 1。kt :ll.lvd±r1图4-1基本boost型变换器电路当开关管s导通时，a=l,则(4-1)li=ui，即 u dtdt ldtdt rc(4-2)当开关管s截至时，a=0,则有、=ulk-llm(4-3)(4-4)将方程（4-1）（4-4）联立，运用二进制变量a,由逻辑代数运算规则，可 得到一个开关周期内的状态方程。di, u. 1(4-5)clull(4-6)dt rc c即得boost