基于Matlab的交流斬波型PFC電路仿真研究

Q為雙向開關管。當開關管導通時，輸入電流通過電感和開關管，電感儲能，同時直流側濾波電容給負載供電；當開關管斷開時，輸入電流經過電感和整流二極管到達負載端，電感儲能和交流電源同時給負載和電容供電。
可以看出，與傳統的功率因數校正電路相比較，具有以下優點：當開關管導通時，主回路電流不經過整流橋的二極管，減小了功率損耗；傳統電路中的快速恢復二極管VD在交流斬波功率因數校正電路中也不存在了，減小了功率損耗，提高了系統的工作可靠性。
該電路相當于兩個Boost電路的并聯，在克服傳統Boost PFC電路缺點的同時，保留了升壓電路的優點。該方法的優點在于：
(1)增強了傳統PFC電路的諧波抑制和功率因數校正能力，可實現單位功率因數；
(2)交流側的電感增強了電路的電磁兼容性；
(3)降低了電路的傳導損失，任何時刻都只有兩個半導體器件導通；
(4)通過開關管M1和M2的額定電流較小。
3．2 Buck型交流斬波功率因數校正電路
圖3所示的為Buck功率因數校正電路的基本結構，Q為雙向開關管。當開關管斷開時，輸入電流通過電感、電容和開關管，電容C1儲能。

當開關管導通時，此時輸入電流經過整流二極管到達負載端，電容儲能和交流電源同時給負載和電容供電。可以看出，Buck型交流斬波功率因數校正電路中，當開關管斷開，主回路電流不經過整流橋的二極管，可達到減小功率損耗的目的。

4 仿真分析
Simulink軟件是Matlab軟件包的擴展，專門用于動態系統的仿真，具有很強的動態系統仿真能力，仿真速度較快，特別是基于simuIink Power System工具箱進行功率因數校正電路的仿真，有兩個優點：
(1)基于器件模型，可以仿真器件參數變化對系統的影響；
(2)仿真模型復雜。精度較高。可以將計算機仿真技術運用到PFC裝置的分析和設計中。
以Boost型為例，對文中所提出的交流斬波功率因數校正電路進行仿真分析。功率因數校正電路采用輸入電流斷續工作模式的峰值電流控制，仿真參數：uin=311sin ωt，L=0．7 mH，輸出功率P=500 W，uout=300 V。按圖4模型建模，仿真波形如圖5、圖6所示。其中，圖5為輸入電壓、電流的波形，圖6為輸出電壓的波形。

從圖5可以看出，輸入電壓和輸入電流進入穩態后，輸入電壓和輸入電流相位幾乎一致，輸入電流也幾乎是正弦波。整個仿真時間段內的功率因數約為0．997。從圖6可看出，輸出電壓隨著仿真時間的進行，逐漸趨于穩定狀態，輸出電壓在300 V上下波動，符合電路設計要求。

5 結 語
這里討論了應用較為成熟的單相Boost PFC電路的不足，介紹一種新型單相交流斬波功率因數校正電路，分析了其工作原理，并給出了仿真波形。結果表明，輸人電流具有很高的品質因數，基本為標準的正弦波形，與輸入電壓相位相近，實現了高功率因數。與傳統的電路相比，能減少系統的功耗，提高系統工作的可靠性，而取得相同的控制效果。仿真結果驗證了方案的可行性。方案中的交流斬波電路除了采用Boost型和Buck型外，也可采用其他的功率變換電路。