案例：用于APFC的软开关BOOST电路的分析与仿真

一种用于APFC的改进型ZVT－BOOST电路一种用于APFC的改进型ZVT－BOOST电路摘要：介绍一种改进型ZVT－BOOST电路，辅助管增加了无损吸收电路，进一步提高了软开关电路的效率。

文中分析了电路的工作原理，给出了仿真与实验结果以及主要参数的设计。

关键词：软开关电路无损吸收效率AnAdvancedZVT－BOOSTCircuitforAPFCAbstract:ThepaperintroducesanadvancedZVT－BOOSTcircuit.Inordertoenhancetheefficiency,anlosslesssnubbercircuitisgivenforauxilliaryswitching.Thea n一种用于APFC的改进型ZVT－BOOST电路摘要：介绍一种改进型ZVT－BOOST电路，辅助管增加了无损吸收电路，进一步提高了软开关电路的效率。

文中分析了电路的工作原理，给出了仿真与实验结果以及主要参数的设计。

关键词：软开关电路无损吸收效率An Advanced ZVT－BOOST Circuit for APFCAbstract: The paper introduces an advanced ZVT－BOOST circuit. In order to enhance the efficiency, an lossless snubber circuit is given for auxilliary switching. The analysis of the circuit theory,PSPICEsimulation and experimental resultarealso given.Keywords:Soft－switching circuit Lossless snubber Efficiency1引言有源功率因数校正（APFC）技术能够实现各种电源装置网侧电流正弦化，把非线性负载变换成为一个等效纯电阻，使功率因数接近1，极大地减少了电流的高次谐波，消除了无功损耗，减小了电磁干扰（EMI）。

文章编号:１００４－２８９Ｘ(２０２１)０６－００５５－０３单相ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路的设计与分析汪子琦ꎬ厉伟(沈阳工业大学电气工程学院ꎬ辽宁㊀沈阳㊀１１０８７０)摘㊀要:开关电源等电力电子设备内部存在的不可控整流电路很容易造成输入电流的畸变ꎬ将会导致谐波污染和用电安全等问题ꎮ本文针对这些问题ꎬ分析了ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路的平均电流法控制原理ꎬ提供了电路设计参数计算ꎮ并通过ｓｉｍｕｌｉｎｋ软件对设计电路进行仿真ꎬ结果表明该电路的功率因数达到０ ９９６ꎬ总谐波失真低于２％ꎬ能够有效抑制电流谐波ꎬ符合国家标准ꎮ关键词:功率因数ꎻＡＰＦＣꎻ平均电流法中图分类号:ＴＭ１３㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:ＢＤｅｓｉｇｎａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＳｉｎｇｌｅＰｈａｓｅＢｏｏｓｔＰｏｗｅｒＦａｃｔｏｒＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎＣｉｒｃｕｉｔＷＡＮＧＺｉ￣ｑｉꎬＬＩＷｅｉ(ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＳｈｅｎｙａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＳｈｅｎｙａｎｇ１１０８７０ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｕｎｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅｒｅｃｔｉｆｉｅｒｃｉｒｃｕｉｔｓｉｎｐｏｗｅｒｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓｕｃｈａｓｓｗｉｔｃｈｉｎｇｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｉｅｓｃａｎｅａｓｉｌｙｃａｕｓｅｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｎｐｕｔｃｕｒｒｅｎｔꎬｗｈｉｃｈｗｉｌｌｌｅａｄｔｏｐｒｏｂｌｅｍｓｓｕｃｈａｓｈａｒｍｏｎｉｃｐｏｌｌｕｔｉｏｎａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙｓａｆｅｔｙ.ＴｈｉｓａｒｔｉｃｌｅａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅａｖｅｒａｇｅｃｕｒｒｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆＢｏｏｓｔＡＰＦＣｃｉｒｃｕｉｔꎬａｎｄｐｒｏｖｉｄｅｓｃｉｒｃｕｉｔｄｅｓｉｇｎｐａｒａｍｅｔｅｒｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ.Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｃｉｒｃｕｉｔｉｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙｓｉｍｕｌｉｎｋｓｏｆｔｗａｒｅꎬａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｏｗｅｒｆａｃ￣ｔｏｒｏｆｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔｒｅａｃｈｅｓ０ ９９６ꎬａｎｄｔｈｅｔｏｔａｌｈａｒｍｏｎｉｃｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ２％ꎬｗｈｉｃｈｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｓｕｐｐｒｅｓｓｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｈａｒｍｏｎｉｃｓａｎｄｍｅｅｔｔｈｅｎａｔｉｏｎａｌｓｔａｎｄａｒｄｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒꎻａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎꎻａｖｅｒａｇｅｃｕｒｒｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌ１㊀引言目前ꎬ电力电子技术日益广泛地应用到军事㊁工业等技术领域ꎮ以开关电源为例ꎬ其输入级大多利用二极管等元件构成的整流电路ꎮ这些电路为电力系统带来严重的谐波问题ꎬ使电网的供电质量以及用电的安全性得不到有效保证[１]ꎮ这一负面影响在电力行业中得到了越来越多的关注ꎮ如何抑制电流脉冲的幅值ꎬ使之最大程度上接近于正弦波ꎬ成为解决这一问题的有效方法ꎮＡＰＦＣ相比于无源功率因数校正技术有更加明显的谐波抑制效果ꎬ同时对功率因数的提高更加显著㊁抗干扰能力强ꎮ㊀㊀ＡＰＦＣ技术的思路就是利用功率开关的开通和关断将电感中储存的能量周期性地释放到电容中ꎬ从而对电路输入的电流大小进行控制ꎬ使电流尽量跟随电压的正弦波[２]ꎮ通过ＡＰＦＣ技术ꎬ电源的功率因数得到提高ꎬ降低了整流器件对电网的谐波注入ꎮ本文介绍了电路的平均电流法控制原理ꎬ并设计了一种升压型ＡＰＦＣ电路ꎮ在此基础上ꎬ利用ｓｉｍｕｌｉｎｋ软件对该电路搭建仿真模型ꎬ验证了功率因数校正的有效性ꎮ２㊀基于平均电流法的ＡＰＦＣ控制原理㊀㊀目前ꎬＡＰＦＣ电路的控制方法的分类以电感电流的连续性进行的ꎮ其中应用最为广泛的就是连续导电模式(ＣＣＭ)[３]ꎮ本文中的ＡＰＦＣ电路采用的是ＣＣＭ下的平均电流控制ꎮ其基本原理是通过开关管控制电感电流ꎬ使其跟踪整流电路后的电压指令ꎮ具体的控制思路就是ꎬ当输入电流比乘法器的输出大ꎬ调节功率开关的占空比Ｄꎬ从而减小电流ꎮ反之当输入电流的有效值小于乘法器的输入信号时ꎬ则增大电流ꎮ这样输入电流和输入电压同相位ꎮ避免了整流元件对电网的谐波注入ꎬ提升能源效率ꎮ图１为平均电流法ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路图ꎮ其控制回路分为电流环和电压环ꎮ在连续电流模式下ꎬ电路工作时电感电流波形图如图２所示ꎮ图１㊀平均电流法ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路图图２㊀电感电流波形图３㊀ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路的设计３ １㊀电路的技术指标㊀㊀ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路在开关电源等电子装置中应用极为广泛ꎮ一方面能够实现功率因数校正的目的ꎬ另一方面也能稳定输出直流电压ꎬ其控制较简单适用中小功率电源中[４]ꎮ本文设计的ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路主要技术指标如表１所示ꎮ表１㊀ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路的技术指标序号参数数值１输入电压范围Ｕｉｎ１８０~２６０Ｖ２工作频率ｆＮ５０Ｈｚ３输出直流电压Ｕ０４００Ｖ４开关频率ｆｓｗ１００ｋＨｚ５输出功率Ｐ６００Ｗ６功率因数ｃｏｓφ>０ ９９３ ２㊀升压电感计算㊀㊀Ｂｏｏｓｔ电路的升压电感的在电路中有储能㊁转换和滤波的作用ꎮ输入电压为最小(１８０Ｖ)ꎬ此时输入电流达到最大ꎮ按照表１的参数计算电流峰值:㊀㊀Ｉｐｋ＝＝２ＰＵｉｎ(ｍｉｎ)＝５.１２Ａ(１)㊀㊀输入电流的纹波和电感的大小有着非常密切的关系ꎮ过大的电感能够有效降低纹波ꎬ但是也带来了电感尺寸的增大和成本的提升ꎬ不符合电源的小型化原则[５]ꎮ根据工程实践的经验ꎬ一般情况下电流的纹波系数取０ ２ꎮ可以计算出电流纹波为:㊀㊀ΔＩＬ＝０ ２Ｉｐｋ＝１ ０２４Ａ(２)㊀㊀此时电路的占空比为:㊀㊀Ｄ＝Ｕ０－２Ｕｉｎ(ｍｉｎ)Ｕ０＝０ ３６(３)㊀㊀计算得出升压电感为:㊀㊀Ｌ＝２Ｕｉｎ(ｍｉｎ)ˑＤΔＩＬ＝８９４ ５４μＨ(４)３ ３㊀输出电容计算㊀㊀在ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路中输出电容可以降低纹波ꎬ稳定输出电压[６]ꎮ工程实践中一般采用按照维持时间Δｔ来计算ꎬ本电路的输出电容为:㊀㊀Ｃ＝２ＰΔｔＵ２０－Ｕ２０(ｍｉｎ)＝５１４μＦ(５)４㊀单相ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路的仿真分析㊀㊀为了验证本文所设计的ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路是否符合理论性和国家标准ꎬ利用ＭＡＴＬＡＢ搭建出仿真模型ꎮ主回路的具体参数由第二部分计算得出ꎮ控制回路分为电流内环和电压外环ꎮ仿真模型整体如图３所示ꎮ图３㊀ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路仿真模型㊀㊀输出电压的仿真结果可以验证电路的输出稳定性ꎮ图４为输出直流电压的波形图ꎬ可以看出电路启动时电压的最大值为４２０Ｖ左右ꎬ超调量为５％ꎬ之后很快达到了稳态ꎬ电压值为设计的４００Ｖꎮ本电路的纹波电压不超过 ʃ８Ｖ ꎬ满足纹波率不超过２％的设计指标ꎮ图４㊀ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路输出电压波形㊀㊀图５为输入交流电压㊁电流的波形图ꎬ可以看出当电路达到稳定状态时ꎬ输入电流㊁电压的相位基本相同ꎬ提高功率因数ꎬ达到了电路的工作目的ꎮ图５㊀ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路输入波形图６㊀ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路的功率因数变化曲线㊀㊀通过Ｐｏｗｅｒ模块可以得到输入的有功功率和无功功率ꎬ搭建函数模块可以计算出ｃｏｓφ的数值ꎮ图６为电路输入电流的功率因数ｃｏｓφ变化曲线ꎮ由图可知ꎬ当电路处于刚开始的波动时ꎬ功率因数已经达到了０ ９９６以上ꎻ电路处于稳定的状态时ꎬ功率因数大于０ ９９９ꎮ在实际的ＡＰＦＣ电路中可能有所降低ꎬ但是依然能够满足国家标准的要求ꎮ㊀㊀快速傅里叶变换(ＦＦＴ)在数字处理领域是许多数字信号处理方法的基础[７]ꎮ通过ＦＦＴ工具箱析输入电流ꎮ图７为仿真结果ꎬＴＨＤ仅为１ ９％ꎬ满足设计标准ꎮ图７㊀输入电流的ＦＦＴ分析频谱５㊀结论㊀㊀针对整流器件对电网产生的谐波污染问题ꎬ本文分析ＡＰＦＣ电路在ＣＣＭ下的平均电流控制原理ꎬ并设计了ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路ꎮ针对设计的电路搭建模型进行仿真ꎬ该电路能够将功率因数提升至０ ９９６ꎬ总谐波失真为１ ９％ꎬ符合国家标准ꎮ参考文献[１]㊀李明ꎬ莘炜杰ꎬ于千越ꎬ等.基于抗饱和积分的ＡＰＦＣ仿真研究[Ｊ].通信电源技术ꎬ２０２１ꎬ３８(１):１４－１７.[２]㊀王兆安ꎬ刘进军ꎬ电力电子技术[Ｍ].北京:机械工业出版社ꎬ２００９:２２４－２２７.[３]㊀ＣａｎａｌｅｓＦꎬＥｓｃｏｂａｒＧ.ＯｌｍｏｓＡꎬｅｔａｌ.Ａｃｈａｒｇｅｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒｉｎｔｅｒ￣ｌｅａｖｅｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆａＰＦＣｂｏｏｓｔｃｏｎｖｅｒｔｅｒ.ＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ.ＩＥＥＥꎬ２０１０:２９８７－２９９２.[４]㊀沈黎韬.ＣＣＭ模式有源功率因数校正技术的研究[Ｄ].苏州大学ꎬ２０１８.[５]㊀ＬｉｕｘＳꎬＸｕＪＰꎬＣｈｅｎＺＹꎬｅｔａｌ.Ｓｉｎｇｌｅ￣ｉｎｄｕｃｔｏｒｄｕａｌ￣ｏｕｔｐｕｔｂｕｃｋ￣ｂｏｏｓｔｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｃｏｎｖｅｒｔｅｒ[Ｊ].ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｄｕｓ￣ｔｒｉａｌＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓꎬ２０１５ꎬ６２(２):９４３－９５２.[６]㊀马鹏飞.基于平均电流法的单相Ｂｏｏｓｔ功率因数校正系统研究[Ｄ].华中科技大学ꎬ２０１８.[７]㊀ＦｕｋａｉｓｈｉＹꎬＨｉｇｕｃｈｉＫꎬＦｕｒｕｙａＨꎬｅｔａｌ.ＤｅｓｉｇｎｏｆｒｏｂｕｓｔｄｉｇｉｔａｌｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｆｏｒｉｎｔｅｒｌｅａｖｅＰＦＣｂｏｏｓｔｃｏｎｖｅｒｔｅｒｗｉｔｈＤＣ－ＤＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒｌｏａｄ.ＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅｓａｎｄＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＣｉｒｃｕｉｔ.ＩＥＥＥꎬ２０１３:１－２.收稿日期:２０２１－０７－２６。

运用软开关技术的Boost电路原理及实现1 引言采用硬开关工作方式的Boost电路，在开关频率很高时，其开关损耗增大，电源效率降低。

为了提高开关电源的频率和效率，必须减小开关损耗。

本文提出了一种运用软开关技术的Boost电路，该电路实现简便，开关频率恒定，控制简单。

通过对该电路工作原理的分析，以及仿真及实验的结果，证明该电路具有良好的减少开关损耗及提高电源效率的作用。

2 主电路拓扑及工作原理分析该电路的拓扑如图1所示。

从图中可以看出，它是由传统的Boost 电路与由D2、D3、Lr、Cr组成的谐振电路连接而成的。

该电路工作过程如图2所示。

为了讨论的方便，我们假定L1中的电流和Cf中的电压在一个开关周期内保持不变。

电路工作波形如图3所示。

1) 第一阶段[t0－t1]t0时刻二极管D1导通，能量由电源向负载输送。

2) 第二阶段[t1－t2]S1在ZCS的状态下开通，t2时刻Lr中的电流线性下降到零。

由于D1保持导通，Cr的电压保持在Vo。

3) 第三阶段[t2－t3]t2时刻D1截至，谐振开始，D2导通，电容Cr向Lr充电，Cr上的电压由V o变到－Vi。

4) 第四阶段[t3－t4]t3时刻D3导通，Cr中的电压与输入电压相等。

在这个阶段中，Lr 中的电流线性减小到零。

5) 第五阶段[t4－t5]t4时刻Lr中的电流变为0，D2、D3截至。

6) 第六阶段[t5－t6]t5时刻S1在ZVS的状态下断开，D3为电流ii提供一条通路，电容线性放电。

7) 第七阶段[t6－t7]t6时刻电容Cr上的电压变为（Vo－Vi）时，D1导通。

在此过程中，Lr和Cr又有一次谐振，直至VCr变为V o。

8) 第八阶段[t7－t8]t7时刻VCr=V o时，D2导通，Lr中的电流线性上升，直至电流变为Ii。

该阶段结束后，便开始，下一个周期。

从图3中可以看出，电路是工作在软开关状态下的。

3 电源变换范围的讨论为了便于对电路电压增益进行定量的分析，我们假定所有的元器件都是理想的。

毕业设计论文Boost单级功率因数校正与仿真毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

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研究生课程论文/研究报告课程名称：现代电力电子技术任课教师：作业题目：基于单周期控制的Boost 型APFC电路及仿真完成日期：2018 年 6 月 2 日学科：电气工程学号：姓名：本文根据单周期控制理论，设计了一种基于单周期控制的Boost 型APFC 电路。

主电路参数为：输入电压U in =90～240V AC ；输入电压频率f in =50Hz ；输出电压U o =800V ；输出功率P o =1kW ；开关频率f s =100kHz 。

根据参考文献，重新设计电流采样电阻阻值，设计了控制电路PI 参数，并根据理论分析在单周期控制电路中增加了比例增益环节，时V m 和DV m 处于同一数量级。

最后通过Simulink 建模仿真，验证了所设计的电路能够有效解决输入电流畸变的问题，并提高功率因数，具有很高的工程应用性。

1单周期控制PFC 原理图1所示为Boost 电路后沿调制的单周期控制原理图，主要包括积分器、RS 触发器、复位开关、比较器等模块。

为简化分析，认为电路中所有元器件为理想元器件，忽略电感电流纹波，视开关管导通电阻为零，忽略能量传递中的损失，开关管的频率远大于输入电压的频率。

图1工作原理图对工作在电感电流连续模式（CCM ）下的Boost 电路，有o i 11U U d =−式中，U i 和U o 分别为输入电压和输出电压，d 为占空比。

当输入电流与输入电压无相位差，即变换器相对于输入端呈电阻性时，此时输入功率因数为1，为理想状态，此时电路满足i L e U i R =式中，R e 即为变换器的等效输入电阻。

根据式（1）和式（2）可得()e L o1R i d U =−对式（3）两端同乘R s 可得()s L m1R i d U =−式中，U m 称为调制电压；R s 为等效采样电阻。

式（4）即为连续模式下的单周期控制方程。

在稳态时，可认为输出电压U o是定值，通过改变调制电压U m 可以改变等效输入电阻R e ，从而实现了对输入功率的控制。

一种Boost变换APFC电路的设计与仿真赖联有【摘要】The power factor and conversion efficiency decrease in AC/DC converter because of its non-resistive input impedance. After analyzing the basic principles of Boost converter, the paper proposes a power factor correction (APFC) circuit which can be used to improve power factor (PF) and displacement power factor (DPF), reduce total harmonic distortion (THD). The paper first introduces the APFC circuit, describes its working principle, and gives the corresponding calculation formula for designing circuit. Then, the circuit model is built by using the PSIM software, and finally the important parameters of the circuit are simulated. The validity of the APFC is proved by the simulation results.%针对在AC/DC变换中由于输入阻抗非纯电阻导致功率因数和变换效率降低的情况,论文在分析Boost变换基本原理的基础上,提出了一种功率因数校正(APFC)电路,采用该电路可以有效地提高电路的功率因数PF、位移功率因数DPF、降低总谐波畸变率THD.文中首先给出了Boost变换APFC电路的原理图,描述了其工作原理,并给出了该设计电路的计算表达式,然后采用PSIM软件进行了电路建模,最后对电路的重要参数进行了仿真,并得出了仿真结果,验证了该APFC电路的有效性.【期刊名称】《江西理工大学学报》【年(卷),期】2012(033)001【总页数】4页(P56-59)【关键词】功率因数校正;升压变换;交流/直流变换【作者】赖联有【作者单位】集美大学信息工程学院,福建厦门361021【正文语种】中文【中图分类】TM743为了得到稳定的直流电源，在AC/DC变换之后一般还要采用电容、电感进行滤波．因此，站在AC输入的角度上看，输入电阻为非纯阻性，输入电流和输入电压之间存在相位差，这导致电源的功率因数降低．电源变换中，普遍采用PWM技术，PWM技术优点很多，但同时也会给电路带来电流、电压谐波畸变，其中电流畸变更为严重，需要抑制．功率因数低下和电流谐波畸变容易引起很多问题，如引起控制系统组件的错误运行、对敏感电子设备造成损害、电路断路器故障跳闸并烧断保险丝、设备运行时出现过热现象、对附近电子设备造成干扰、谐波污染等[1-2]．解决这一问题的重要方法就是采用功率因数校正（PFC）技术．PFC有被动式PFC（PPFC）和主动式PFC（APFC）之分．PPFC的优点是简单，缺点是不灵活、改善效果有限．APFC的优点是设计灵活、改善效果好，缺点是控制电路或控制算法比较复杂[3-5]．在集成电路飞速发展的今天，APFC的优点是主要的，并且越来越凸显出来．开关电源中基本变换器拓扑有Buck、Boost、Buck-Boost、Cuk、Sepic、Zeta，它们原则上都可以用于功率因数校正．由于Boost变换器的特殊优点，应用于PFC更为广泛[6-7]．APFC具体的控制策略有峰值电流控制、平均电流控制、滞环电流控制、脉动电流面积控制等，每种控制策略各有优缺点．文中以Boost变换器为例阐述基于平均电流控制策略的主动式功率因数校正（APFC）的实现方法．Boost变换器APFC原理图如图1所示[8]．在图1中，选择不同的参数，电感电流可以是电流连续模式（CCM），也可以是电流断续模式（DCM）的．在DCM模式下，Boost变换器中的电压、电流波波形如图2所示，存在三个模态．在CCM模式时，只有模态1和模态2，没有模态3[8]．假设输入电压为关周期为TS，占空比为d，参照文献[6]，电路功率因数的计算过程如下.电感电流的峰值：开关S关断后，电感电流从峰值下降到零所需要的时间：输入电流的平均值：输入功率：输入电流的有效值：电路的功率因数：APFC的基本功能是：使输入电流为正弦波并与输入电压保持同相位关系，维持输出电压的稳定．因此，APFC必须同时控制输入电流和输出电压．对输入电流的控制是通过整流线电压来实现的，对输出电压的控制是通过改变电流幅值信号的平均幅值来实现的．采用平均电流模式控制的APFC变换器原理如图1所示，APFC电路主要由电流误差补偿器、电压误差补偿器和电压前馈补偿器三部分组成．（1）电流误差补偿器的主要作用是：输入参考电流信号IACREF和实际的电感电流IAC，输出电流误差控制信号IPI，使IAC跟随IACREF．（2）电压误差补偿器的主要作用是：输入参考直流电压VDCREF和实际输出直流电压VDC，输出电压误差控制信号VPI，使VDC保持稳定，而不管负载电流IO 和供电电压VAC如何变化．（3）电压前馈补偿器的主要作用是：保持输入功率和输出功率的稳定，而不论输入电压和负载如何变化．例如：当输入电压增加时，VAC和VPI的乘积增加，使设定信号幅值增加，该信号除以平均电压信号的平方值得到IACREF，IACREF随着输入电压增加相应的按比例减小，从而保持输入功率为恒定值．增益常数：增益常数：增益常数：增益常数：平均电压：补偿电压：电流补偿器传递函数：电压补偿器传递函数：采用PSIM软件建模并仿真，仿真时所取的参数为：输出功率P＝400 V、输入电压为市电、输出电压VDC＝400 V、开关频率f=80 kHz、电感L=1.2 mH、输出电容CO=1000 μF、负载RL=500 Ω．输入电压Vin、输入电流Iin、电感电流Iinductance如图3所示．比较图3（a）和图3（b）可以看出：输入电流Iin与输入电压Vin保持了同相位关系；从图3（c）可以看出：电感电流Iinductance与输入电压Vin保持了同相位关系；同时电感电流是连续的，即电路工作在CCM模式．输出电压Vout如图4所示，图4（b）是图4（a）的局部放大图．从图4（a）可以看出：输出电压稳定在400 V．从图4（b）中可以看出：输出电压在396 V～402 V之间波动，有一定的纹波，输出电压纹波比约为1%，能满足大多数应用场合．从交流电压AC输入处测得的功率因数PF、位移功率因数DPF、谐波畸变率THD 如图5所示．从图5（a）和图5（b）可以看出，稳定后功率因数和位移功率因数都约1；从图5（c）可以看出THD也较低．当电感L=0.1 mH时，电感电流Iinductance如图6所示．从图6可以看出：当L=0.1 mH，电感电流是断续的，即电路工作在DCM模式．与图3相比，图3的仿真条件是L=1.2 mH，电路工作在CCM模式．这说明：改变电感L可以改变电路的工作模式，L较大时，工作于CCM模式，L较小时，工作于DCM模式．根据仿真结果，可以得出：①在Boost变换电路中，采用APFC电路可以使输入电流和输入电压保持同相位关系，有效的提高电路的功率因数PF、位移功率因数DPF、降低总谐波畸变率THD．②改变电路参数可以是电路工作于不同的模式（CCM模式或DCM模式）．[1]王兆安，刘进军．电力电子技术（第5版）[M].北京：机械工业出版社，2009．[2]Wu X,Tse C K,Wong S C,et al.Fast-scale bifurcation in singlestage PFC power supplies operating with DCM boost stage and CCM forwardstage[J].Int J Circuit Theory Appl,2006,34(3)：341-355.[3]刘夏青，亢敏．高功率因数Boost-APFC电路仿真分析[J]．西安工业大学学报，2010，30(1)：79-82．[4]赵振波，李和明．单位功率因数PWM整流器双闭环PI调节器设计[J]．电工技术杂志，2003，22(5)：68-71．[5]李晓明，吕征宇．基于DSP的单相Boost型数字PFC控制技术[J]．机电工程，2008，25(1)：108-110．[6]赖联有，陈仅星，许伟坚．Boost开关电源设计及仿真[J]．江西理工大学学报，2010，31(2)：29-32．[7]贲洪奇，张继红，刘桂花，等．开关电源中的有源功率因数校正技术[M]．北京：机械工业出版社，2010．[8]Vinaya Skanda．使用dsPIC DSC实现能量转换应用中的功率因数校正[R]．Microchip Technology Inc.DS01106A_CN，2008．。

单级boost型apfc电路控制方法的研究及仿真一、引言随着现代电子技术的不断发展，APFC电路在电力电子领域中得到了广泛的应用。

APFC电路可以有效地提高功率因数，减少谐波污染，提高系统效率。

在APFC电路中，控制方法是关键问题之一。

本文将重点研究单级boost型APFC电路的控制方法。

二、单级boost型APFC电路简介单级boost型APFC电路是一种常见的APFC电路结构。

其基本原理是利用开关管周期性地切换直流输入端与输出端之间的连接，使得输出端得到稳定的直流电压，并且能够实现功率因数校正。

三、控制方法1. 控制目标单级boost型APFC电路的控制目标是实现输出端稳定的直流电压，并且使得输入端所需的功率因数接近1。

2. 控制策略单级boost型APFC电路通常采用开环或闭环控制策略。

其中开环控制策略简单易行，但对于负载变化和输入变化较为敏感；闭环控制策略可以实现更加精确和稳定的控制效果。

3. 控制算法单级boost型APFC电路的控制算法通常采用模拟控制或数字控制。

其中模拟控制具有成本低、实现简单等优点；数字控制具有精度高、可编程性强等优点。

四、仿真结果为了验证单级boost型APFC电路的控制方法的有效性，本文进行了仿真实验。

仿真软件采用MATLAB/Simulink。

仿真结果表明，采用闭环控制策略和数字控制算法的单级boost型APFC电路可以实现稳定的输出电压和接近1的功率因数。

五、结论本文对单级boost型APFC电路的控制方法进行了研究，并且进行了仿真实验。

结果表明，采用闭环控制策略和数字控制算法可以实现稳定的输出电压和接近1的功率因数。

这为单级boost型APFC电路在实际应用中提供了重要参考。

四种常用BOOST带软开关电路的分析与仿真 （图清晰）软开关的实质是什么？所谓软开关，就是利用电感电流不能突变这个特性，用电感来限制开关管开通过程的电流上升速率，实现零电流开通。

利用电容电压不能突变的特性，用电容来限制开关管关断过程的电压上升速率，实现零电压关断。

并且利用LC谐振回路的电流与电压存在相位差的特性，用电感电流给MOS结电容放电，从而实现零电压开通。

或是在管子关断之前，电流就已经过零，从而实现零电流关断。

软开关的拓扑结构非常多，每种基本的拓扑结构上都可以演变出多种的软开关拓扑。

我们在这里，仅对比较常用的，适用于APFC电路的BOOST结构的软开关作一个简单介绍并作仿真。

我们先看看基本的BOOST电路存在的问题，下图是最典型的BOOST电路：假设电感电流处于连续模式，驱动信号占空比为D。

那么根据稳态时，磁芯的正向励磁伏秒积和反向励磁伏秒积相同这个关系，可以得到下式：VIN×D=(VOUT-VIN)(1-D)，那么可以知道：VOUT=VIN/(1-D)那么对于BOOST电路来说，最大的特点就是输出电压比输入电压高，这也就是这个拓扑叫做BOOST电路的原因。

另外，BOOST电路也有另外一个名称：upconverter，此乃题外话，暂且按下不表。

对于传统的BOOST电路，这个电路存在的问题在哪里呢？我们知道，电力电子的功率器件，并不是理想的器件。

在基本的BOOST电路中：1、当MOS管开通时，由于MOS管存在结电容，那么开通的时候，结电容COSS储存的能量几乎完全以热的方式消耗在MOS的导通过程。

其损耗功率为COSSV2fS/2，fS是开关频率。

V为结电容上的电压，在此处V=VOUT。

（注意：结电容与静电容有些不一样，是和MOS 上承受的电压相关的。

）2、当MOS管开通时，升压二极管在由正向导通向反偏截止的过程中，存在一个反向恢复过程，在这个过程中，会有很大的电流尖峰流过二极管与MOS管，从而导致功率损耗。