單相PFC電路仿真

（1）傳統(tǒng)無橋PFC電路仿真

傳統(tǒng)無橋PFC電路，通過控制工頻整流橋后級Boost電路電感電流，實(shí)現(xiàn)輸入電流功率因數(shù)校正，對于控制Boost電路的電流波形，有峰值電流控制（電流紋波不好控制），電流滯環(huán)控制（開關(guān)頻率不固定），平均電流控制（控制靈活性高，但較復(fù)雜）三大類控制策略。其中以平均電流控制方式最為普遍。

Boost電路的狀態(tài)空間平均電路模型如下：

其電路等效結(jié)構(gòu)圖如下：

通過加入解耦項(xiàng)抵消輸入輸出電壓擾動量的影響，使得電流環(huán)可近似等效為線性系統(tǒng)，利于電流平均值控制。電流環(huán)閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖如下：

對于電流環(huán)，其給定電流是50Hz交流量，電流環(huán)誤差直接影響到功率因數(shù)，要實(shí)現(xiàn)電流環(huán)無靜差控制，其開環(huán)幅頻特性需要在50Hz處的增益無窮大，傳統(tǒng)的PI控制受到自身限制。

根據(jù)內(nèi)模控制原理，要實(shí)現(xiàn)對輸入的無靜差控制，需要在控制回路內(nèi)包含饋一個(gè)與輸入信號相同的模型，將PI中積分項(xiàng)換為諧振項(xiàng)傳函，即成為比例諧振（PR）控制，此外無差拍控制也與PR控制都屬于內(nèi)模原理控制。

為了在滿足穩(wěn)定裕度的前提下，盡可能提高電流環(huán)增益，采樣單比例控制，對于采樣比例控制的模擬電路控制環(huán)路而言，其電流閉環(huán)可等效為一階慣性環(huán)節(jié)，即電流環(huán)帶寬受限于電流采樣噪聲頻帶，不考慮電流采樣噪聲對穩(wěn)定性影響時(shí)，其比例系數(shù)取值無上限。

對于數(shù)字控制器而言，由于采樣離散化過程和控制延遲以及PWM占空比更新中存在純延時(shí)過程，其電流環(huán)帶寬同時(shí)受到控制延時(shí)影響。在環(huán)路特性分析時(shí)需準(zhǔn)確引入純延時(shí)環(huán)節(jié)，延時(shí)環(huán)節(jié)的引入，系統(tǒng)變?yōu)榉亲钚∠辔幌到y(tǒng)。零階保持器頻率特性如下:

零階保持器等效0.5拍延遲環(huán)節(jié)，如下：

電壓環(huán)控制直流側(cè)母線電壓值，由于單相PFC電路的輸入電壓電流是同頻同相，即輸入功率必然是2倍工頻脈動波形，對于直流側(cè)負(fù)載，其功率是恒定直流量。因此，輸入輸出功率瞬時(shí)不平衡，必然在直流母線電容上存在2倍工頻電壓波動。一般通過增加母線電容容值來降低母線電壓紋波，或者在母線上增加功率解耦電路以轉(zhuǎn)移功率波動量。

對于一般的電壓環(huán)控制而言，其母線電壓采樣值用做閉環(huán)反饋值時(shí)，會將波動量引入，從而影響電流環(huán)給定值，最終影響到電流波形畸變。因此在電壓環(huán)中應(yīng)盡量消除2倍頻波動量，即電壓環(huán)帶寬應(yīng)遠(yuǎn)小于100Hz。

在Psim中搭建仿真電路模型，系統(tǒng)閉環(huán)控制如下：

仿真結(jié)果如下：