双向开关前置的单相升压APFC变换器建模和仿真

电容C2分别取500uF、1000uF、1500uF、2000uF、2500uF时，负载在20Ω～140Ω范围内对应分别取7组数据，利用MATLAB软件对输出纹波电压（Vpp）进行三次多项式插值，插值后的变化曲线如图6所示。

图6 功率因数随输出侧并联电容值及负载变化的PF插值曲线

从图6可以看出，纹波电压值随负载电阻的增大而减小，负载电阻越大，纹波越小，输出电压越平滑。在实际应用中要同时兼顾设计要求和成本，一般来讲输出电压纹波（Vpp）在满载的情况下不大于20V就可以满足要求，这时候要尽可能考虑到成本，电容体积等因素，所以C2取1500uF左右即可。

综上所述，如果要求输出纹波电压VPP在20V以内，电容又不太大，优先考虑功率因数的情况下，结合体积、经济性等因素，则该电路的最佳参数选择为：C2取值在1500uF左右，R取40Ω≤R≤60Ω。

4.3最佳参数情况的实例仿真

下面针对最佳参数情况进行仿真，参数设置如下： Vs="220V"，初级电感L=1×10-3H，初级滤波电容C1=3.3μF，输出储能电容C2=1500μF，开关管的工作频率为fS=50KHz，负载R=50Ω。

仿真结果如下：

系统进入稳态后，输入电压电流波形如图7所示。可以看出变换器输入电流很好的跟踪了输入电压的波形。为了便于比较，图中交流电压Vs幅值是原来的1/20，每一格代表20伏特，电流的单位是安培。

图7 输入电压电流波形

功率因数的曲线如图8所示，从图中可以看出在0.15秒以前电路处于非稳定状态，功率因数有较大跳变，在0.15秒以后电路进入稳定状态，功率因数可以达到0.95以上。

图8 功率因数的曲线

输出电压波形如图9所示，从图中可以看出输出平均电压为400V左右，通过放大后的可以看出纹波电压的峰峰值为15V，该电路电容电压被很好的限制在一定的范围内，储能电容的耐压大大减少，保证了电路的输出特性。

图9 输出电压波形

5  结论

双向开关前置的单相升压APFC变换器电路把双向开关放置在整流桥前端，较好的解决了传统单相升压APFC变换器电路置后的升压电感直流偏磁问题，也便于电路的集成。通过优化电路参数配置可以实现很高的功率因数，而且输出电压稳定，输出纹波电压低，能够获得很好的输出特性。本文通过仿真找到了比较好的参数配置范围，对实际应用具有重要的指导意义。