基于Matlab的单相电压型PWM整流电路仿真与设计(共39页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上基于Matlab的单相电压型PWM整流电路仿真与设计摘 要现代工业中，很多场合需要进行电能变换,例如把直流电能变为交流电能,交流电能变为直流电能。直流电能变为交流电能由逆变器实现,交流电能变为直流电能由整流器实现。随着整流器的广泛应用，关于传统整流器的一些问题也日益突出，输入功率因数较低，输入电流含有大量谐波。针对传统的不控整流和相控整流中存在的谐波污染问题，采用直接电流控制中的双环控制策略，设计了单相全桥电压型PWM整流器的控制系统。建立了系统的SIMULINK模型并进行了仿真。仿真结果表明：该控制系统结构设计合理,参数选取适当，能实现有效控制。 详细分析单相电压型PWM整流电路的工作原理和工作模式。说明通过对PWM电路进行控制，选择合适的工作模式和工作时序，可使PWM整流电路的输出直流电压得到有效的稳定。 近年来PWM整流器迅速成为了研究热点，因为它不仅获得了可控的AC/DC变换性能，而且具有输入单位功率因数和低谐波电流,能量双向传输等优点。关键词：单相电压型；PWM整流；功率因数；Matlab仿真The single-phase voltage source PWM rectifier circuit based on Matlab simulation and designAbstract In modern industry, we need for power conversion on many occasions, for example, the exchange of AC power into DC power and DC power into AC power.AC power can be transferred into DC power by using the rectifier and DC power can be transferred into AC power by using the inverter. Since the rectifiers are extensively used, several problems with regard to traditional rectifiers have arisen in recent years, such as a low input power factor,and the harmonics in the input currents.In order to eliminate the harmonic pollution caused by the traditional phase controlled or uncontrolled rectifiers, a single-phase full-bridge voltage-type rectifier has been designed in which the 2-ring control PWM technique of directly current-controlled strategies is adopted.And the SIMULENK model has been built to simulate this system. The result thus indicates that the control system is of logical configuration and proper parameter. The theory and working modes about single-phase voltage source PWM rectifier are elaborately analysed in this paper,which illust rate that the voltage in DC side can be effectively stabilized with PWM control by selecting burst mode and time. Therefore, pulse-width modulated rectifiers have rapidly attracted the research interest over the past few years due to some of their significant advantages, such as controllable of AC-DC voltage, unity power factor, low harmonic distortion of input currents, power regeneration capability, etc.Keywords：single-phase voltage type；PWM Rectifier；The power factor；Matlab Simulation.目 录第1章 1.11.21.3第4章插图清单 图2-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲4图2-2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形5 图2-3 PWM波代替正弦波5图2-4 规则采样法.7图2-5 滞环比较法控制的原理框图8图3-1 乘法器控制的PFC原理框图.11图3-2 电感输入型与电容输入型PFC电路图13图3-3 两级式和单级式PFC变换器方框图.14图3-4 典型的乘法器方式PFC电路.16图3-5 电压跟随器Boost PFC 电路.16图3-6 升压型PFC电路.18图3-7 降压型PFC电路.19 图3-8 升降压型PFC电路19 图3-9 正激型PFC电路20 图3-10 反激型PFC电路20图3-11 单级电路21图4-1 APFC电路原理图22图4-2 Matlab整流电路仿真电路图25图4-3 网侧电压的参数26图4-4 PID调节器的参数26图4-5 Relay滞环比较器的参数26图4-6 Mosfet参数27图4-7 二极管参数27 图4-8 仿真时的环境参数28图4-11 输出电压uo的仿真波形28图4-12 ui和ii的仿真波形29图4-13 Ud和iL的波形29图4-14 功率因数仿真波形30图4-15 Subsystem.30图4-16 Subsystem131 专心-专注-专业表格清单 表3-1 电感输入型与电容输入型PFC电路的对偶性对照.12引 言第1章 概述功率因数校正（PFC）技术诞生与20世纪80年代，它采用的是高频开关工作方式，具有体积小，重量轻，效率高，输入功率因数（PF）接近1的优点，因而受到了人们的关注。但20世纪80年代的功率因素校正技术大部分是寄予Boost电路原理。所以说20世纪80年代是Boost功率因素校正年代。这个阶段的注意特点是：校正器采用的是“乘法器（Multiplier）原理进行控制，校正器工作在连续导电模式（CCM）可以获得较大的功率转换容量。但是控制比较复杂，不适合200以下小容量使用：20世纪80年代后期又针对小容量整流器提出了电压跟随器校正技术，校正器工作在不连续导电模式（DCM），使控制电路大大简化，很适合200以下小容量整流器使用，一般不能用在较大功率整流器中。大家熟知,在传统的变流电路中,晶闸管可控整流装置的功率因数会随着其触发角的增加而变坏,这不但使得电力电子类装置成为电网中的主要谐波因素,也增加了电网中无功功率的消耗。PWM整流电路是采用脉宽调制技术和全控型器件组成的整流电路,能有效地解决传统整流电路存在的问题。通过对PWM整流电路进行有效的控制,选择合适的工作模式和工作时序,从而调节了交流侧电流的大小和相位,使之接近正弦波并与电网电压同相或反相,不但有效地控制了电力电子装置的谐波问题,同时也使得变流装置获得良好的功率因数；同时PWM控制主要用于逆变电路，主要采用电流滞环法控制，这种控制电路主要是硬件电路简单，经济，而且对电压的利用率高，对网侧污染少，提高了功率因素。SPWM(Sinusoidal PWM)法是一种比较成熟的,目前使用较广泛的PWM法.前面提到的采样控制理论中的一个重要结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同.SPWM法就是以该结论为理论基础,用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断,使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等,通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。PWM调制是现代发展起来的一项技术，工程上主要有滞环比较法和三角波比较法，较之后者，滞环比较控制方式的硬件电路简单，属于实时控制，电流响应快，对负载的适应性强，由于不需要载波，所以输出电压不含特定频率的谐波分量，另外，这种控制方式，有利于提高电压利用率，但在响应快的同时，电流脉动也很大，而且滞环的宽度也难控制，若宽度过大，开关频率和开关损耗可降低，但跟踪误差增大，若宽度过小，开关频率和开关损耗增大，跟踪误差可减小，再者，如果宽度固定，电流跟随误差范围也是固定的，但是开关器件的频率是变化的，这就对电力器件的工作频率提出了更高的要求，今后电力电子技术将会得到进一步发展，高频电力电子器件会应运而生，对上面目前不足将得到很大的改善。 1.1课题研究的意义在工业技术迅速发展的今天，人们对所使用的电能的质量要求越来越高；随着能源危机的日益严重，以节能高效,合理优质使用电能为特点的电力电子装置得到空前的发展。现在经过转换加工处理后再供家庭和公共使用的电能占整个国家的发电量的比例的大小，已经成了衡量一个国家科学技术水平高低的重要标志。根据相关资料记述，1995年发达国家中有75%左右的电能是经过电力电子技术变换或控制后在使用。进入21世纪后，将有95%电能需经过转换及加工处理后在使用。而美国预计到21世纪头二三十年，整个美国所产生的电能都会经过转换及加工处理后再供家庭及公众所使用。电力电子技术在人们的日常生活带来便利的同时，也引起一个新问题，即对电网的污染问题。传统的整流电路基本都采用不控整流，输出并联大电容滤波。这种电路的优点是具有非常高的可靠性，结构简单，已使用方便，不需要控制电路，因此在20世纪时用到此电路的地方十分多。但此种整流器的大规模应用的同时也产生了几个方面的问题。（1） 二极管的整流将会使得电网侧的电流波形发生很大的变化，从而使得功率因数下降很多。无边功率的大量损失会给电网带来计划外的风险，不单是电线路的损失加大，而起非常严重地影响了供电的电能质量。（2） 进一步研究二极管整流电路输入电流的频谱，我们发现输入电流中包含有比较多的低次谐波流。（3） 因为二极管是单向导电，所以对交流的变频调速系统而言，电机制动的再生能量将无法回馈给电网，因此提高系统的效率及性能方面而言有一定的局限性。（4） 深控时网侧的功率因数降低。（5） 闭环控制时动态响应相应来说较慢。 展望21世纪电力电子产业或电源产业的发展趋势，其动向就是围绕提高效率、提高性能、消除电力公害、减少电磁干扰和电噪声进行不懈的研究。为此，我国电力电子行业未来几年开展研究的重点领域应是进一步提高电能变换效率，降低待机损耗；避免电力公害，尽量减少网侧电流谐波，并使网侧功率因数接近1；提高电源装置和系统的电磁兼容性；降低电噪声；通过实施高频化、元件小型化和先进工艺，实现产品的小型化和轻量化。1.2国内外研究现状国内外都在基于DSP的移相全桥倍流整流电路的研究，中大功率场合下，由于开关管电压应力低、易于实现软开关等优点，移相全桥电路得到比较广泛的应用。其副边的整流电路形式主要有：全桥、全波、倍流等方式。全桥方式应用于输出电压较高的场合。对于输出电压不高的场合，全波电于其元件少，结构简单等优点得到广泛应用。但它也存在一些问题，诸如占空比丢失、整流二极管的反向恢复引起的电压尖峰以及两桥臂实现ZVS（零电压开关）的差异。倍流整流方式则可以克服上述缺点。本文详细分析了倍流电路的工作原理，并将数字控制应用于此电路中，从而克服了模拟控制的一些缺点，取得了较好的控制效果。其中电路采用数字控制方法，DSP采样输出电压和电感电流，采用电压电流双闭环，以实现稳压并且提高系统的性能。 由于PI调节器算法简单、可靠性高，一直被广泛应用于工业控制，所以本文也采用数字PI调节，将电压环的输出作为电流环的给定。同时，为防止可能出现的积分饱和的情况，在算法中加入了抗饱和环节。1.3本论文研究的主要工作(1) 设计功率因数测定电路。(2) 设计功率因数校正电路。(3)设计整流电路任务：输入电压：单相220V（1±15%），50HZ；输出直流电压400V(1±15%)。(4)进行仿真验证。整流任务完成；电源功率因数达到0.95以上。第2章 PWM控制技术2.1 PWM简介PWM的全称是Pulse Width Modulation（脉冲宽度调制），它是通过改变输出方波的占空比来改变等效的输出电压。 SPWM(Sinusoidal PWM)法是使用较广泛的PWM法。采样控制理论中的一个重要结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。SPWM法就是以该结论为理论基础，用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等,通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。2.2 PWM控制原理和应用2.2.1 PWM控制的基本原理 理论基础：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。冲量指窄脉冲的面积。效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。低频段非常接近，仅在高频段略有差异。 图2-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲 面积等效原理：分别将如图2-1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L 电路）上，如图2-2a所示。其输出电流 i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图2-2b所示。从波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形状也略有不同，但其下降段则几乎完全相同。脉冲越窄，各 i(t)响应波形的差异也越小。如果周期性地施加上述脉冲，则响应 i(t)也是周期性的。用傅里叶级数分解后将可看出，各i(t)在低频段的特性 将非常接近，仅在高频段有所不同。图2-2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形下面分析如何用一系列等副不等宽的脉冲来代替一个正弦波。 把图2-3的正弦波分成N等份，就可以把正弦半波看成是有N个彼此相连的脉冲序列所组成的波形。这些脉冲宽度相等，且脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲序列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲相应的正弦波部分面积相等，就得到图b所示的脉冲序列。这就是PWM波形。可以看出，个脉冲的幅值相等，而宽度是按正弦波规律变换的。根据面积等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的。对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。像这种脉冲的宽度按正弦波规律变化和正弦波等效的PWM波形，也称为SPWM波形。图2-3 PWM波代替正弦波 要改变等效输出正弦波的幅值时，只要按照同一比例系数改变上述各脉冲的宽度即可。PWM波形可分为等幅PWM波和不等幅PWM波两种。由直流电源产生的PWM波通常是等幅PWM波。如直流斩波电路。其PWM波都是又直流源产生的，由于直流源电源幅值基本恒定，因此PWM波是等幅的。不管什么PWM波，都是基于面积等效原理来进行控制的，因此其本质是相同的。2.2.2 PWM计算法和调制法 (1)计算法根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算PWM波各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变电路开关器件的通断，就可得到所需PWM波形，当输出正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化。缺点是计算繁琐，工作量大，当输出正弦波的频率，幅值或相位发生变化时，结果都要变化。(2)调制法 （1）输出波形作调制信号，进行调制得到期望的PWM波（2）通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波，等腰三角波应用最多。（3）其任一点水平宽度和高度成线性关系且左右对称（4）与任一平缓变化的调制信号波相交，在交点控制器件通断，就得宽度正比于信号波幅值的脉冲，符合PWM的要求。（5）调制信号波为正弦波时，得到的就是SPWM波。（6）调制信号不是正弦波，而是其他所需波形时，也能得到等效的PWM波。异步调制和同步调制 载波比载波频率fc与调制信号频率fr之比，N= fc / fr.根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，PWM调制方式分为异步调制和同步调制a. 异步调制异步调制载波信号和调制信号不同步的调制方式b. 同步调制 同步调制N等于常数，并在变频时使载波和信号波保持同步c. 分段同步调制把fr范围划分成若干个频段，每个频段内保持N恒定，不同频段N不同，在fr高的频段采用较低的N，使载波频率不致过高在fr低的频段采用较高的N，使载波频率不致过低为防止fc在切换点附近来回跳动，采用滞后切换的方法同步调制比异步调制复杂，但用微机控制时容易实现可在低频输出时采用异步调制方式，频输出时切换到同步调制方式，这样把两者的优点结合起来，和分段同步方式效果接近。 2.2.3规则采样法按SPWM基本原理，在正弦波和三角波的自然交流电时刻控制功率器件的通断，这种生成SPWM波形的方法称为自然采样法。自然采样法是最基本的方法，所得到的SPWM波形很接近正弦波。但这种方法要求解复杂的超越方程，在采用微机控制技术时需花费大量的计算时间，难以在实时控制中在线计算，因而在工程上实际应用不多。工程实用方法，效果接近自然采样法，计算量小得多，但计算量却比自然采样法小的多。图2-4为规则采样法说明图。取三角波两个正峰值之间为一个采样周期Tc，在规则采样法中，脉冲中点和三角波一周期的中点（即负峰点）重合，这样就使计算大为简化。如图所示，三角波的负峰时刻tD对正弦信号波采样得D点，过D作水平直线和三角波分别交于A、B点，在A点时刻tA和B点时刻tB控制开关器件的通断。脉冲宽度d 和用自然采样法得到的脉冲宽度非常接近 。 式中，a称为调制度，0a<1；wr为信号波角频率。从图2-4得因此可得：三角波一周期内，脉冲两边间隙宽度： 图2-4 规则采样法2.2.4 PWM跟踪控制技术 把希望输出的波形作为指令信号，把实际波形作为反馈信号，通过两者的瞬时值比较来,决定逆变电路各开关器件的通断，使实际的输出跟踪指令信号变化。常用的有滞环比较方式和三角波比较方式。(1)滞环比较方式图2-5滞环比较法控制的原理框图基本原理是：电压外环的任务是得到可以实现控制目标的电感电流指令值i*L,给定输出电压u*o减去测量到的实际输出电压的差值，经PI调节器后输出电感电流的幅值指令I*L，测量到的整流桥出口电压除以其幅值Um后，可以得到表示波形的量Ud，Ud为幅值为1的正弦波，相位与相同，I*L与u*d相乘，便可以得到电感电流的指令值i*L。i*L为与同相位的正弦半波电流，其幅值可控制直流电压的大小。电流内环的任务是通过控制开关管Q的通断，使实际的电感电流跟踪其指令值i*L。此处采用滞环控制方法。根据电感电流的公式，当Q导通是电感电流增大，二当Q关断时电感电流减小。令i*L减去。若差值min小于零（min<0），则令Q关断，以减小。通过滞环控制，可以保证实际的电感电流在其指令值i*L附近波动，波动的大小与滞环宽度有个，即与设定的max和min有关。(2)三角波比较方式基本原理是：通常把三角波作为载波，调制信号作为信号波，两种进行比较产生脉冲波，来作为可控器件的脉冲信号，具体不再详细阐述。2.3 PWM控制技术的应用PWM控制技术是在电力电子领域有着广泛的应用，并对电力电子技术产生了十分深远影响的一项技术。IGBT、电力MOSFET等为代表的全控型器件的不断完善给PWM控制技术提供了强大的物质基础，直流斩波电路实际上就是直流PWM电路，是PWM控制技术应用较早也成熟较早的一类电路，应用于直流电动机调速系统就构成广泛应用的直流脉宽调速系统。2.3.1PWM控制技术用于交流交流变流电路斩控式交流调压电路和矩阵式变频电路是PWM控制技术在这类电路中应用的代表，目前其应用都还不多，但矩阵式变频电路因其容易实现集成化，可望有良好的发展前景。2.3.2 PWM控制技术用于逆变电路PWM控制技术在逆变电路中的应用最具代表性，正是由于在逆变电路中广泛而成功的应用，才奠定了PWM控制技术在电力电子技术中的突出地位，除功率很大的逆变装置外，不用PWM控制的逆变电路已十分少见。2.3.3 PWM控制技术用于整流电路即构成PWM整流电路可看成逆变电路中的PWM技术向整流电路的延伸，PWM整流电路已获得了一些应用，并有良好的应用前景，PWM整流电路作为对第2章的补充，可使我们对整流电路有更全面的认识。2.3.4 PWM控制技术与相位控制技术以相控整流电路和交流调压电路为代表的相位控制技术，电力电子电路中仍占据着重要地位，以PWM控制技术为代表的斩波控制技术正在越来越占据着主导地位相位控制和斩波控制分别简称相控和斩控，把两种技术对照学习。第3章 功率因数校正技术3.1功率因数校正简介3.1.1发展历史采用乘法器的PFC电路，其中特别是Boost PFC电路，它的显著特点是电路工作在连续导电模式（CCM），功率因数校正电路可以获得较大的功率转换容量，适合于200W以上逆变器应用，是一种技术比较成熟的PFC电路。要提高整流器的输入功率因素有两个途径：一是输入电流正弦化，二是使输入电流与输入电压同相位。直流滤波电容的值越大wRLCd的值就越大，功率因素就越低。所以，为了提高整流器的输入功率因素，和电压跟随PFC电路相同，必须用有源校正电路把整流器与直流滤波电容隔开，这就要求有源校正电路必须是DC/DC变换器，为了保证输入电流正弦化并跟踪输入电压，使它们的波形相同，相位差等于零，有源校正电路又必须是可控的；为了更有效地使输入电流正弦化，使输出功率差与输入功率在每一瞬间都相等，有源校正电路又必须工作在高频开关状态。满足上述这些要求的有源校正电路，通过设计，几乎所有类型的DC/DC开关变流器都可以实现功率因数校正。例如Buck、Boost、Buck-Boost、Cuk、Sepic、Zeta变换器等。这就是说：所谓的有源功率因数校正电路实际上就是就是接在整流器与直流滤波电容之间的，采用PWM控制的Buck、Boost、Buck-Boost、Cuk,Sepic、Zeta等DC/DC变流器。对于乘法器控制的有源校正电路，由于要对输入电流的波形和相位进行控制，故控制电路必须加入电网侧输入电流反馈的内环：为了对输出电压进行控制，又必须加入直流输出电压反馈的外环。为了使输入电流在波形和相位上很好地跟踪输入电压，控制电路又必须工作在高频PWM状态，这样就可以得到乘法器控制的PFC电路的原理图，如图3-1所示，用这样构成的有源功率因数校正整流器其网侧输入功率因数可以提高到接近于1，总的输入电流波形畸变因素接近于1，谐波含量3%。直流输出电压也可以维持在一定的范围内。开关频率越高，效果越明显，当开关频率Fs<249HZ时，即可以使输入功率因数PF>0.95。功率因数校正（PFC）技术诞生与20世纪80年代，它采用的是高频开关工作方式，具有体积小，重量轻，效率高，输入功率因素接近的有点，因而受到了人们的关注。但20世纪80年代的功率因素校正技术大部分是寄予Boost电路原理。所以说20世纪80年代是Boost功率因素校正年代。这个阶段的注意特点是：校正器采用的是“乘法器（Multiplier）原理进行控制，校正器工作在连续导电模式（CCM）可以获得较大的功率转换容量。但是控制比较复杂，不适合200以下小容量使用：20世纪80年代后期又针对小容量整流器提出了电压跟随器校正技术，校正器工作在不连续导电模式（DCM），使控制电路大大简化，很适合200以下小容量整流器使用，一般不能用在较大功率整流器中。 20世纪90年代是功率因数校正技术大发展的阶段，在这一阶段，功率因数校正技术的理论日趋完善，校正技术与软开关技术相结合，进一步提高了功率因数校正技术电路的性能。图3-1乘法器控制的PFC原理框图3.1.2 Boost PFC电路与Buck电路的对偶性整流器的负载是逆变器，逆变器有电压型和电流型两种。考虑到这种需要和有源校正DC/DC变换器的输入特点，有源校正电路从输入结构形式来分，又可以分为电感输入型和电容输入型两种。所谓电感输入型，就是用电感L作为输入的电路，这类电路的典型代表是Boost有源功率因素校正电路，它主要用于电压型逆变器。这种电路的特点是电路连续，缺点是只能升压不能降压、启动及过载冲击大、保护困难、空载性能差，所谓电容输入型，就是用电容C作为输入的电路，这类电路的典型代表是Buck有源功率因数校正dialup，它主要用于电流型逆变器。这种电路的优点是可靠性高、抗短路能力强，缺点是电路复杂、电流不连续、只能降压不能升压。电感输入型与电容输入型PFC电路的组成如图3-2 所示，其中图a为电感输入型，图b为电容输入型，这两种电路是对偶的。下面给出了电感输入型和电容输入型PFC电路的对偶性对照表，以供参考表一电感输入型与电容输入型PFC电路的对偶性对照 电路项目电感输入型电容输入型电路BoostBuck电源UI储能LC直流滤波Cd输出Id开关工作方式开关管开通开关管关断开关管关断开关管开通PWM控制方式CCM(电流滞环)DCM(电感电流断续)CCM(电压滞环)DCM(电容电压断续) 实际上，对于Buck有源校正电路的大量工作研究工作都是以电压源为输入，这是因为电网本身是一个电压源，同时电压型逆变器应用也有比较多的原因。在作为电压源输出时，对于单相高功率因数应用是有局限的，无论采用连续或断续控制，在交流输入电压低于输出电压时，输入电流是不存在的，这样，输入功率因数因电流而难以提高，对于图3-1所示的原理框图中，六种DC/DC变换器电路都可以互相采用，但是应用较多的是Boost PFC电路，这是因为它的网侧输入电流总是连续的，而且由于储能电感常常接在输入端，所以控制电感电流按正弦变化就可以提高整流器的功率因数。这种控制电感电流的方式就是通常所说的电流模式控制方式。目前电流模式控制方式有两种，即“峰值电流”模式控制和“平均电流”模式控制。仔细研究发现，峰值电流模式对功率因数校正整流器的动态性能有不利的影响，而平均电流模式则能成功地解决上述问题。这种控制思想对Buck和Buck-Boost电路也是适合的。 a） b）图3-2 电感输入型与电容输入型PFC电路a） 电感输入型 b）电容输入型3.1.3PFC技术分类及研究方向功率因数校正技术有很多分类法，电网输入方式可以分为单项PFC电路和三相PFC电路。就功率因数校正器本身的结构而言，功率因数校正器有可以分为两级式和单级式两种。如图3-3所示，其中图a是两级式，即PFC级和DC/DC级。它们各自都有自己的开关器件和控制电路。PFC级主要作用是使线电流跟踪线电压，使线电流正弦化，减少谐波对电网的污染，提高输入功率因数。DC/DC级主要用来实现输出电压的快速调节。图b是单级式，即使PFC和DC/DC级合并，共用一个开关管和一套控制电路，同时实现对输入电流的正弦化和对输出电压的调节。由于控制电路主要是用来调节输出电压，因此输入电流正弦化的程度就差，但电路要比两级式简单很多。根据PFC即与DC/DC级电流的工作模态，两级PFC又分为四种，即CCM.PFC+DCM.DC/DC CCM.PFC+CCM.DC/DCDCM.PFC-+CCM.DC/DC DCM.PFC+DCM.DC/DC3.1.4PFC技术分类 根据控制方式，两级PFC又可以分为PWM控制和变频控制。单级PFC主要分为Boost和Buck-Boost，Boost又分为两端模式和三端模式。Boost PFC的优点是输入电流应力小、效率高；而Buck-Boost PFC输入电流应力较大，但储能电容电压较低，功率因素也高一些，图3-3为两级和单级变换器。从开关型式来分，PFC电路又可分为硬开关电路和软开关电路（ZCS或ZVS）两种类型， 不管是单相PFC或是三相PFC电路，研究表明。所有的DC/DC开关变换器如Buck、Boost、Cuk Buck-Boost、Sepic、Zeta等，都可以用于功率因数校正。这些变换器工作于不同导电模式时，其功率因数校正的机理也不相同。工作于连续导电模式时(CCM),应用乘法器（Multiplier）式控制电路；工作于不连续导电模式时（DCM）,应用电压跟随器（Voltage Follwoer）式控制电路。a） b）图3-3 两级式和单级式PFC变换器方框图a) 两级式 b）单级式对于单级PFC，在DCM导电模式下采用电压跟踪方进行PFC时，可以直接采用常规的PWM 来调节输出电压，同时又可以使输入PF=1;而工作在CCM导电模式的乘法器PFC在电压跟随器PFC电路中，变换器工作在DCM模式中，因此由二极管反向恢复电流引起的开光关断损耗也较低。但是从校正器变换的功率容量来说，前者只适合与200W以下的容量，而工作在CCM模式的乘法器方式的PFC却可以应用于200W以上的容量。近几年来，又出现了一些新的功率因数校正技术得到了人们的认可，如三电平PFC技术，磁放大器PFC和不连续电容电压模式PFC技术等。应用现代高速开关器件及高频功率电子电路构成的功率因数校正电路已经成为PFC电路的主流。随着电力电子技术的发展，PFC技术也在不断的发展。从资料上看，近几年功率因数校正技术的研究热点集中在以下几个方面：l 新电路结构的提出；l 把DC/DC变换器中的新技术应用到PFC电路中（如软开关技术、开关电容功率网络等）；l 新型控制方法以及基于新电路结构的特殊控制方式；l 单级PFC以及稳压开关变换器的稳定性研究。现有的功率因数校正技术给整流电路设备带来的附加成本和气复杂性，极大地限制着这一技术的广泛应用，因此降低成本、结构简单、容易实现具有软开关性能响应速度快、低输出纹波的单级隔离高功率因数是目前研究人员追求的目标，可以相信，随着电力电子技术的发展，功率因数校正技术会越来越完善，应用也会越来越广泛。3.1.5基本的两种功率因数校正技术在20实际80年代中期，功率因素校正器的研究以乘法器方式为主，其基本原理如图3-4所示。图中Boost变换器工作在连续导电模式（CCM）,其电感电流就是输入电流。电感电流被采样并被控制，使其幅值与输入电压相位相同的正弦波参考信号成正比，从而达到功率因数趋近1的校正目的；乘法器方式PFC电路还可以根据输出电压反馈信号，利用一个乘法器电路来控制正弦参考电流信号，从而得到可以调整的输入电压。有关乘法