基于MATLAB的有源功率因数校正器设计

1、基于matlab的有源功率因数校正器设计当前单相apfc技术已彻低成熟，应用到中可提高功率因数至o98以上，成为许多开关电源的必备前级，应用日益广泛。迅速高效地设计出满足系统要求的apfc已成为工程技术人员必需面向的问题。matlab强大的信号分析处理能力对高效地设计apfc及整定各个环节的参数带来了极大方便。本文采纳matlab设计实现了一个3kw的功率因数校正器，给出了si mulink及波形，并胜利应用于研发的xray电源系统中。2apfc控制原理简述传统的功率因数校正器，主电路普通采纳b00st升压电路，控制策略采纳平均法控制。其基本控制思想为：检测电路平电流，使之尾随网压，与网压同波

2、形、同相位从而实现输入端功率因数近似为1。1，fcn(qk)为网压衰减环节，取得网压信号作为电流的标准参考量的一部分；fcn(bk)为反馈校正环节，以保持输出电压的稳定；fcn(i)为电流校正环节，实现对电流的正弦化校正。3apfc的hatlab设计这里，以设计一个3 kw的有源功率因数校正器为例举行讲述。假设输入电压为2 2 0 vac，输出电压为4 o o v d c输出为9 4 o u f，储能为1 m h基于此，对a p f c控制部分举行 m a t l a b仿真设计。 对a p f c控制电路的设计即是合理地整定fc n(qk)、 fcn(bk)及fc n(i)三个环节的参数，以

3、使电路获得良好的稳态和动态响应性能。网压和输出电压分离经前馈环节f c n(q k)和反馈环节fcn(bk)进入乘法器相乘后作为电流环的基准量。这样为了确保回路电流的正弦波形，乘法器的输出必需为标准的正弦波形，所以f cn(qk)、f c n(bk)要尽可能的衰减可能引起电流波形失真的各种谐波及相移因数。乘法器输出幅值打算着平均电流的大小，为了实现宽范围输入电压下稳恒的输出电压，必颂使乘法器的输出幅值与网压成反比。前馈电压环节(fcn(q k)的设训。apfc电路在宽范围输入电压下，输出电压是稳定的，由apfc控制理论知，网压经fcn(qk)后的量必需与网压成反比。同时，需要最大程度的衰减二次

4、谐波对输入电流失真的影响。对此，可以设计一个截至频率很低的单极点来获得平均输入电压，但是系统对输入电压的响应速度也有较高的要求。这里挑选二阶滤波器作为平衡折衷的一个挑选。并且，二阶滤波器还将导致二次谐波相移1 8 0度，从而使产生的三次谐波电流与输入电流的相移量变得与电压相同。基于此，对该滤波环节作了试凑设计。对前馈环节的滤波环节没计，主要是确定两个极点的位置。运用matlab 自控设计工具箱，可便利地调节极点化置以获得良好光的衰减性能和迅速响应。见图二，二次喈波儿乎无法通过，并且系统也有良好的响应性能。经多次试凑试验，最后设定两个开环极点为：p1=234 p21 o1假设整流后的电压为由傅立

5、叶分解知这里、co及为网压的平均值由以上讲述最后，得到的前馈环节，4。这样前馈缓解进入到乘法器的量如下：由34式知，前馈环节进入到乘法器是一个与网压成反比的正弦量电压反馈环节(fcn(bk)的设计功率输出级的基本低频模型是一个驱动的电流源，形成一个积分器，它的增益特性是随频率每增强10倍而滚降20db。因为电压环的带宽与开关频率相比比较窄，所以电压环设计主要考虑保证输入畸变为最小，而不是稳定性。首先，电压环的带宽必需足够窄，以衰减输出电容上的二次谐波，保证输入电流的调制比较小。第二，电压环必需有，足够的相移，使调制出来的信号能与输入电压保持同相，获得较高的功率因数。输出电压的二次谐波可由25得

6、出。vopk为输出纹波电压的峰值，fr为纹波频率co为输出电容，vo为输出直流电压。假设apfc要求3的thd， 由apfc设计原理知，o7 5的thd分配给电压环，所以电压环输出纹波电压应限制在15。基于此，确定二次谐波频率处电压环的增益，其设计原理类同于前馈电压环的设计，终于得电压环反馈环节如下：电流环(fcn(i)补偿对前馈电压跟反馈电压双环举行补偿后，经乘法器产生了一个抱负的参考电流波形。对电流环举行补偿，提供一个临近开关频率的平直增益。其中的中低段的零点提供高增益，是平均电流型控制能够工作。临近开关频率的放大器增益由匹配电感电流的下降率来打算。其中，功率电路电流反馈信号的变幻：rs为

7、主电路检测。 （37）在开关频率处（这里，假设开关频率为40k）放大器的增益：其中vs为电流环输出 （38）采纳pid调解器对电流环举行补偿如下：由上所述，matlab的自控工具箱的可视化界面，可以便利的调节零、极点位置、并能直观地观看出各环节的稳态及暂态响应性能，便于实时调整设计，matlab为迅速高效地设计满足需要的apfc提供了极大的方便。4apfc的s imul ink仿真电路及波形最后，按照前面向三个环节的设计补偿，得到以下simulink仿真电路。图7。其中三角波放生电路由时钟、采样保持器、复合器及fcn4构成，以产生一个频率为40k，幅值为25的三角波形；反馈电压环节由常数constant、加法器a d d 2、传递函数t r a n s f e r f c n 2构成；电流环节由传递函数构成，形成一个p i调解器；两个饱和器s a t u r a t i o n l、saturation2的加入，限制了电压环，电流环的最大输出。输入沟通电压波形检测部分由正弦波发生器si n e wa v e 1，求肯定值器a b s 1，即通用表达式f c n 1组成，模拟取得的电网电压。构建完仿真电路后，挑选合适的算法举行仿真。其中，解算选项为：变步长，最大补偿1 e6，相对精度1e-3，算法挑选ode23。以下为仿真电路实测波形5结论apfc的控制电