两种高功率因数开关电源设计方案的比较(3)

　　3 有源功率因数校正技术

　　本节采用如图2所示的方案，基于Boost-APFC的功率因数校正电路如图5所示。该电路由主电路和控制电路组成。主电路包括桥式整流器、升压电感、功率开关管、续流二极管以及滤波电容等，控制电路包括电压误差放大器VA、电流误差放大器CA、基准电压源、乘法器、PWM 比较器以及栅极驱动器。

　　图5 基于Boost-APFC的功率因数校正电路

　　工作原理：APFC主电路的输出电压经电阻分压后与基准电压相比较，误差值输入到VA;VA 输出信号X与输入电压检测信号Y一起输入乘法器，经过平均化处理、放大、比较后，再经过PWM 比较器加到栅极驱动器，产生对开关管VT的控制信号，从而使电感Ls上的电流（即输入电流）平均值始终跟踪模拟乘法器输出的半正弦信号，即跟踪了输入电压波形，并实现了输入电流正弦化，使功率因数接近1，达到校正功率因数的目的。

　　4 仿真分析

　　4.1 PWM 整流器电路仿真与分析

　　采用Matlab7.6对所设计的单相全桥电压型PWM 整流器进行建模和仿真，在Simulink中搭建仿真模型，主电路仿真参数：峰值电压为311V，频率为50Hz，相位为0°，采样时间为0s;Ls=2mH，Rs=0.5Ω，直流侧滤波电容Cd=2 500μF，直流侧负载电阻RL=50Ω；从Power Electronics中调用Universal Bridge 模块，并将其设置成二桥臂IGBT/Diodes模式，仿真算法设置为可变步长类算法中的ode45算法。

　　交流输入侧电压与电流的仿真波形如图6所示，可见交流侧电流、电压能始终保持同相，且电流能实现正弦化。直流侧输出电压波形如图7所示，可见0.06s后输出电压稳定在400V左右。

　　在Powergui模块中对电路进行FFT分析，在Available Signals中进行相关设置后对输入侧电流进行谐波分析，结果如图8所示。由图8可知，总谐波畸变率DTH=0.77%，实现了系统低谐波畸变率的目标，电流谐波得到了很好的抑制。

　　图8 输入侧电流谐波分析结果

　　PWM 整流器功率因数波形如图9所示。由图9可知，电路功率因数始终大于0.985，且工作0.03s后功率因数能达到1.

　　图9 整流器功率因数波形