關鍵詞：脈沖整流器；升壓斬波器；功率因數校正；

圖1主電路拓撲圖

1前言

隨著電力電子裝置日益廣泛的應用，諧波對電網的污染也日益嚴重。另外，許多電力電子裝置的功率因數很低，也給電網帶來了額外負擔并影響供電質量。因此，各種功率因數校正技術得到了迅速發展。其中，四象限變流器技術是中、大容量的單位功率因數變流器采用的主要技術。它是把在逆變電路中使用的PWM技術移植到整流電路中而形成的。其基本原理是，檢測交流側的電壓波形和電流波形，通過控制功率開關管的通斷狀態，使輸入電流接近正弦波，并且使交流輸入側電流和電壓同相位，實現功率因數接近于1的目標。

本文所提出的脈沖整流器電路與傳統的四象限變流器稍有不同，它適用于無需能量反饋的場合,可用于交流側功率因數校正。文中采用了一種新型的控制方法，并用MATLAB進行了系統仿真。

2主電路拓撲

如圖1所示，該單相整流器每個橋臂的上功率開關采用了不可控器件，降低了成本和控制的復雜性，簡化了控制脈沖產生電路，提高了系統的可靠性。

在電源電壓正半波，通過控制開關管S1的導通與關斷，使電感電流跟蹤電源電壓。由于半導體器件的特性，即使同時給S1、S2發控制脈沖，在電源電壓正半波，S2也不會導通。當S1開通時，電源給電感充電,電感電流經S1、D2方向流動，電感儲能,電感電流上升；S1關斷時，電感電流經D1、D2方向流動，電感與電源同時向負載供電,電感釋放能量,電感電流下降。只要及時控制S1的開通與關斷，就能使電感電流即電源電流跟蹤電源電壓的變化。在電源電壓的負半周，與上面的分析相同，只要控制S2的導通與關斷，就能達到相同的效果。這樣就能夠使輸入電流跟蹤輸入電壓，從而使功率因數接近于1。

圖3系統的MATLAB仿真模型

圖2平均電流模式控制原理框圖

圖4PWM子系統結構圖

從上面的分析可知，該主電路拓撲結構實質上相當于設計了兩套Boost升壓斬波電路，只是在輸入交流電壓的正負半周通過對應的Boost電路工作，來實現功率因數校正的目的。

3控制電路原理及建模

如上所述，該電路本質上為Boost電路，因此可以采用Boost電路的控制模式。常用的控制模式包括電壓控制方式，峰值電流控制方式，平均電流控制方式等。平均電流控制方式[2]，[4]具有開關頻率固定，無需諧波補償等優點，因此應用最為廣泛。通過這種控制方式，不僅能夠使交流側功率因數接近于1，而且能保證直流側輸出電壓穩定?；诖?，本文也采用這一控制方式。其具體控制原理簡述如下：輸出電壓經電壓誤差放大器放大后，與輸入電壓的采樣值在乘法器相乘后送到電流運算放大器作為基準電流。電壓環的作用是使輸出電壓穩定，從輸入電壓采樣的目的是使基準電流與輸入電壓的波形同相位。從電感電路獲得電感電流采樣，送到電流誤差放大器的負端。電流誤差放大器的輸出直接加在PWM比較器的正端，比較器的負端接鋸齒波發生器的輸出。這樣，電流誤差放大器的輸出直接控制了PWM調制器的占空比，強迫實際電感電流逼近電感電流的平均值。其控制框圖如圖2所示。

4系統的MATLAB仿真研究

本文采用MATLAB來完成系統工作原理的仿真和分析。所建立的MATLAB仿真原理如圖3所示。

圖3的有關說明如下：

1）為避免在仿真中形成代數環，造成逐步迭代，從而降低求解速度，增加仿真時間，故在電路中使用了記憶模塊，以切斷代數電路。

2）在控制電路中使用了傳遞函數模塊來構成PI調節器，并在電流電壓采樣中使用了濾波器模塊。這些模塊的運用簡化了仿真電路的實現。

3）圖中的PWM子系統是運用SIMULINK中的基本模塊構造的。具體結構如圖4所示。

5仿真波形及結果分析

電路有關參數：單相交流輸入340V；直流輸出600V；開關頻率2kHz；交流側電感2mH。圖5，圖6，圖7分別顯示的是輸出電壓波形，輸入交流電壓與電流波形，開關脈沖信號波形。

從圖5可以看到輸出電壓經過啟動過程后基本穩定在600V左右。從圖6（b）可以看到輸入側電流近似為一與輸入電壓同相位的正弦波。

6結語

本文提出了一種新型的脈沖整流器實現方案，分析了其工作原理，采用了一種新的控制方案，并給出了采用MATLAB建立的仿真模型和仿真分析結果。通過仿真驗證了該方案是實現中、大功率因數校正的一種較好的方法。
圖7開關信號

圖5輸出電壓波形

(a)輸入交流電壓

(b)輸入交流電流

圖6輸入電壓與電流波形

參考文獻

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[4]張廷鵬等.通信用高頻開關電源[M].人民郵電出版社,1997.

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