数字PFC电路设计研究仿真(2)
高效、无污染地利用电能成为目前普遍关注的问题。电力电子技术的诞生和发展使人类对电能的利用方式发生了革命性的变化，并且极大地改变了人们利用电能的观念。据统计, 在实际应用中, 有 70 %以上的电能要经过电力电子装置进行变换才能加以利用, 而在电力电子换流装置中, 整流器约占 90 % , 且大多数采用了不控或相控整流电路, 功率因数低, 向电网注入大量的高次谐波, 极大地浪费了电能[ ]。并且向电网输入的畸变非正弦电流会给所处的电力环境造成严重的后果。为了改善供电电路供电质量，使输入电流谐波满足要求，必须加上功率因数校正（PFC）。近些年来，国内外功率因数校正技术已经成为电力电子技术一个新的研究热点。
此课题研究的目的具有如下几点：
1、功率因数校正技术的作用与重要性已得到广泛认可，如何提高功率因数已成为当今电力电子的研究热点。
2、提高功率因数是节约能源、提高电能质量以及保证电力系统安全稳定运
行的重要要求。
1.2 功率因数校正技术的发展与现状研究
1、基于数字芯片的PFC数字控制方法的研究[ ]；
2、新的PFC拓扑结构的提出；
3、把DC/DC变换器中的新技术应用到APFC电路中。
1.3 数字控制有源功率因数校正技术的发展
为了改善功率因数校正的控制性能，人们从九十年代开始使用微处理器对功率因数校正进行控制[ ]。通过A/D转换器将微处理器与系统相连，在微处理器中实现数字控制算法，然后通过PWM(脉宽调制)发出开关控制信号。大部分数字控制APEC仍然采用一般的电压环和电流环双闭环的控制结构，控制算法采用PID控制策略。
近年来，人们在数字化的PFC领域的研究又有了进一步的深入，突破了传统的基于乘法器的双闭环控制结构，采用新颖的控制结构和采样算法，用二极管电流代替电感电流来推导开关占空比的表达式，并且取得相当好的效果。
1.4 本论文研究的主要内容
本论文着力研究数字化的单相有源功率因数校正装置（APEC），深入研究数字控制的算法，同时对PFC电路做理论程度上的设计。
本论文的主要内容如下：
1、介绍各种功率因数校正的基本工作原理和特点；
2、设计Boost型PFC主电路；
3、对数字控制的算法进行深入研究；
4、用matlab对平均电流模式的PFC进行仿真。
2 功率因数校正技术简介
2.1 无源功率因数校正技术
人们最早采用的功率因数校正技术是无源PFC技术，是在整流器和电容之间串一个滤波电感[ ]。典型的无源功率因数校正电路如图2.1所示，而常用的是如图2.2改进后的校正电路。
图2.1 典型的无源功率因数校正电路
图2.2 改进后的校正电路
采用无源功率因数校正最大的优点是简单可靠，无需进行控制，并且可以使输入电流的总谐波含量与基波比降低到30%以下，输入电流总谐波含量及3、5、7等奇次谐波都得到很大抑制，功率因数也可以提高到一定程度上。由于在电路中使用串联电感补偿的方法，所以成本相对较低。在无源PFC电路中，电路结构的核心是电感L，只有当电感L取值合适时，校正效果才能达到最佳。
而它的缺点是增加的无源元件，一般体积都很大也比较重，校正后的功率因数不是很高，并且发热量比较大。
2.2 有源功率因数校正技术
2.2.1 基本原理
有源功率因数校正（APFC）是抑制电流谐波，提高功率因数最有效的方法，原理框图如图2.3所示。APFC电路一般都有两个反馈控制环：内环为电流环，使DC/DC变换器的输入电流与全波整流电压波形相同；外环为电压环，使DC/DC变换器输出稳定的直流电压。