基于單周期控制的高功率因數整流器仿真

隨著電力電子技術的不斷發展，帶非線性負載的電力電子裝置在電網中得到廣泛應用并產生大量電流諧波，電力系統的波形畸變及由此產生的諧波不僅大大降低了系統的功率因數，而且也給系統帶來了危害。
尋求更加簡單的控制策略，降低PFC成本，減少總諧波含量(THD)和EMI，目前對三相功率因數校正方面的研究主要集中在控制策略和拓撲結構方面。控制策略的研究主要集中在電流型控制、多環控制、單周期控制、矢量控制等方面。采用單周期控制技術控制三相整流器以減小電流畸變，使輸入電流在每個開關周期都能很好跟蹤參考電流，使直流輸出端存在大量電流諧波時，也能實現較小的輸入電流畸變，從而實現高功率因數整流。

1 整流器的拓撲結構
三相三開關PFC電路如圖1所示，主要有兩電平和三電平2種結構。圖1(a)為三電平結構，兩電容中點電位與電網中點的電位基本相同，通過雙向開關Sa、Sb、Sc分別控制對應相的電流。開關合上時對應相的電流幅值增大，開關斷開時對應橋臂上的二極管導通電路，在輸出電壓的作用下Boost電感上的電流減小，從而實現對電流的控制。圖1(b)所示的電路為兩電平結構，通過開關動作，可以控制相間的電流。開關管導通時，電感儲能，電感電流增大；開關管關斷時，電源和電感共同向負載供電，電流減小。

可以看出，以上兩種拓撲結構各有優缺點。這里選擇兩電平的拓撲結構，采用分區間控制的方法，讓其工作在雙端并聯Boost態，這種控制方法的特點是在任何時刻只有兩只開關管工作在高頻狀態下，故損耗較小。當電路工作在連續導電模式下，該結構電路使輸入電壓和輸入電流同相位，能夠實現單位功率因數，并且輸入電流總諧波含量較低。

2 單周期控制(0CC)技術
0CC技術是90年代初發展起來的一種非線性大信號PWM控制理論，也是一種模擬PWM控制技術。它通過控制開關的占空比，使每個開關周期中開關變量的平均值嚴格等于或正比于控制參考量。平均輸入電流跟蹤參考電流且不受負載電流的約束，即使負載電流具有很大的諧波也不會使輸入電流發生畸變。因而將單周期控制技術應用于三相整流器中可以實現低電流畸變和高功率因數，這種控制方法取消了傳統控制方法中的乘法器，使整個控制電路的復雜程度降低，具有動態響應快、開關頻率恒定、魯棒性強、易于實現等優點，是一種很好的控制方法。
2．1 OCC技術基本原理
圖2為固定開關頻率的單周期控制降壓變換器原理圖。