一种新型单相脉冲整流器的MATLAB仿真研究

1、一种新型单相脉冲整流器的MATLAB仿真研究        摘要：给出了一种新型的脉冲整流器，详细地介绍了其工作原理和控制方案，并对该整流器及其控制系统建立了MATLAB仿真模型，仿真结果验证了该方案的优越性。关键词：脉冲整流器；升压斩波器；功率因数校正图1主电路拓扑图1前言随着电力电子装置日益广泛的应用，谐波对电网的污染也日益严重。另外，许多电力电子装置的功率因数很低，也给电网带来了额外负担并影响供电质量。因此，各种功率因数校正技术得到了迅速发展。其中，四象限变流器技术是中、大容量的单位功率因数变流器采用的主要技

2、术。它是把在逆变电路中使用的PWM技术移植到整流电路中而形成的。其基本原理是，检测交流侧的电压波形和电流波形，通过控制功率开关管的通断状态，使输入电流接近正弦波，并且使交流输入侧电流和电压同相位，实现功率因数接近于1的目标。本文所提出的脉冲整流器电路与传统的四象限变流器稍有不同，它适用于无需能量反馈的场合,可用于交流侧功率因数校正。文中采用了一种新型的控制方法，并用MATLAB进行了系统仿真。2主电路拓扑如图1所示，该单相整流器每个桥臂的上功率开关采用了不可控器件，降低了成本和控制的复杂性，简化了控制脉冲产生电路，提高了系统的可靠性。在电源电压正半波，通过控制开关管S1的导通与关断，使电感电流

3、跟踪电源电压。由于半导体器件的特性，即使同时给S1、S2发控制脉冲，在电源电压正半波，S2也不会导通。当S1开通时，电源给电感充电,电感电流经S1、D2方向流动，电感储能,电感电流上升；S1关断时，电感电流经D1、D2方向流动，电感与电源同时向负载供电,电感释放能量,电感电流下降。只要及时控制S1的开通与关断，就能使电感电流即电源电流跟踪电源电压的变化。在电源电压的负半周，与上面的分析相同，只要控制S2的导通与关断，就能达到相同的效果。这样就能够使输入电流跟踪输入电压，从而使功率因数接近于1。图3系统的MATLAB仿真模型图2平均电流模式控制原理框图图4PWM子系统结构图从上面的分析可知，该主

4、电路拓扑结构实质上相当于设计了两套Boost升压斩波电路，只是在输入交流电压的正负半周通过对应的Boost电路工作，来实现功率因数校正的目的。3控制电路原理及建模如上所述，该电路本质上为Boost电路，因此可以采用Boost电路的控制模式。常用的控制模式包括电压控制方式，峰值电流控制方式，平均电流控制方式等。平均电流控制方式2，4具有开关频率固定，无需谐波补偿等优点，因此应用最为广泛。通过这种控制方式，不仅能够使交流侧功率因数接近于1，而且能保证直流侧输出电压稳定。基于此，本文也采用这一控制方式。其具体控制原理简述如下：输出电压经电压误差放大器放大后，与输入电压的采样值在乘法器相乘后送到电流运

5、算放大器作为基准电流。电压环的作用是使输出电压稳定，从输入电压采样的目的是使基准电流与输入电压的波形同相位。从电感电路获得电感电流采样，送到电流误差放大器的负端。电流误差放大器的输出直接加在PWM比较器的正端，比较器的负端接锯齿波发生器的输出。这样，电流误差放大器的输出直接控制了PWM调制器的占空比，强迫实际电感电流逼近电感电流的平均值。其控制框图如图2所示。4系统的MATLAB仿真研究本文采用MATLAB来完成系统工作原理的仿真和分析。所建立的MATLAB仿真原理如图3所示。图3的有关说明如下：1）为避免在仿真中形成代数环，造成逐步迭代，从而降低求解速度，增加仿真时间，故在电路中使用了记忆模

6、块，以切断代数电路。2）在控制电路中使用了传递函数模块来构成PI调节器，并在电流电压采样中使用了滤波器模块。这些模块的运用简化了仿真电路的实现。3）图中的PWM子系统是运用SIMULINK中的基本模块构造的。具体结构如图4所示。5仿真波形及结果分析电路有关参数：单相交流输入340V；直流输出600V；开关频率2kHz；交流侧电感2mH。图5，图6，图7分别显示的是输出电压波形，输入交流电压与电流波形，开关脉冲信号波形。从图5可以看到输出电压经过启动过程后基本稳定在600V左右。从图6（b）可以看到输入侧电流近似为一与输入电压同相位的正弦波。6结语本文提出了一种新型的脉冲整流器实现方案，分析了其

7、工作原理，采用了一种新的控制方案，并给出了采用MATLAB建立的仿真模型和仿真分析结果。通过仿真验证了该方案是实现中、大功率因数校正的一种较好的方法。图7开关信号图5输出电压波形(a)输入交流电压(b)输入交流电流图6输入电压与电流波形参考文献1RobertoMartinez,PrasadN.Enjeti.AHighperformanceSinglePhaseRectifierWithInputPowerFactorCorrectionJ.IEEETrans.onPS,1996,11(2):311317.2UNIRODE.ProductanddesignnotesM.19951996.3陈桂明等.应用MATLAB建模与仿真M.科学出版社,2001.4张廷鹏等.通信用高频>5B.Baha.Modellingofresonantswitchedmodecon