基于单周期控制的高功率因数整流器仿真

设定脉冲信号由Q端取出作为触发信号，采用下降沿调制时的控制规律为：

在Boost变换器中，假设输入阻抗为理想电阻，则输入电流的平均值等于电感电流的平均值，即：

式中，Re为等效输入阻抗，vg为输入电压。

稳态状态时，单相PFC整流器的输出电压V0与输入电压vg的关系为：

将单相Boost变换器中电压转换率M(d)=1／(1-d)代入式(7)，所得方程两边同乘以常数RS，并令vm=V0RS／Re，整理可得：

式(8)表示了平均电感电流的控制规律。若忽略纹波，平均电感电流等于瞬时电感电流，故电感电流的控制规律可表示为：

式(9)为通用的单相PFC控制方程，该方程右边主要由PWM调制器实现，而左边则由电流检测电路实现。

3 基于Saber的整流器仿真

3．1 Saber软件

Saber软件是由美国Analogy公司开发的系统仿真软件，可用于电子、电力电子、机电一体化、机械、光电、光学、控制等不同类型系统构成的混合系统仿真，它为复杂的混合信号设计与验证提供了一个功能强大的混合仿真器，可解决从系统开发到详细设计、验证等一系列问题。Saber支持自顶向下的系统设计和由底向上的具体设计、验证，它具有很大的通用模型库和较为精确的具体型号器件模型。专门为Saber仿真器设计的Saber Sketch是建立系统的平台，它提供了友好的用户图形界面，使得仿真非常直观。在Saber Scope中可观察波形，并有多种测量、分析、比较的方法，可以满足多种实验要求。因此，在Saber Sketch中建立系统的模型，仿真各种控制策略，模拟现实的各种稳态瞬态情况，有利于降低开发费用和缩短研究周期。

3．2 整流器的Saber仿真

为了验证理论的正确性，按照单周期控制原理和图4所示的三相PFC的核心控制框图，利用Saber软件对该电路进行仿真。利用Saber Ske-tch提供的电力电子和控制系统模块以及信号转换接口模块，并用Saber中具体型号的器件模型，搭建了系统的仿真模型。仿真具体参数如下：输入电压为三相交流115 V，400 Hz，输出直流电压为350 V，输出功率为5 kW，输入电感为0．5 mH，滤波电容为2 200μF，电压反馈电路中KP=20，KI=0．25，开关频率为100 kHz。通过仿真得到A相输入电压和电流波形以及直流侧输出电压波形图，如图5所示。对该A相输入电流进行傅里叶分析，测得该相电流的THD为3．852％，将所得的数据运用LabVIEW软件编写的功率因数分析软件进行分析，得到整流器的功率因数为0．993。由此可见，该系统基本实现了单位功率因数。

4 结束语

基于单周期控制技术的高功率因数整流器的三相三开关拓扑结构，研究了控制策略。在工频周期每60°的区间中，只有2个开关工作在高频开关频率，减少了开关损耗，并用Saber软件进行仿真，结果显示输入电压和输入电流同相位，验证了采用单周期控制技术能够实现高功率因数。这种控制方法能在一个开关周期内，有效抵制电源侧的扰动，并使整个控制电路的复杂程度得到降低，有很好的应用前景。