基于单周期控制的BOOST型APFC电路的设计与实现

摘 要 本设计详细分析了开关电源对电网造成谐波污染的原因，研究了采用单周期控制进行有源功率因数校正技术原理，设计实现了基于单周期控制的BOOST型APFC实验电路，并进行了仿真实验。实验结果表明，实验电路可以良好的实现有源功率因数校正技术，降低了电源对电网的谐波污染，提高了电源的功率因数，具有响应快、容易实现、实用性强等优点。

关 键 词 开关电源；有源功率因数校正；单周期控制

中图分类号：TM46 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）022-040-1

开关电源广泛的应用于工业、通信、电力、军事、生活等各个领域。随着越来越多的开关电源接入电网，其对电网的谐波危害日益严重，严重影响了电网的安全运行，降低电源的使用效率。采用有源功率因数校正技术（Active Power Factor Correction，APFC），实现开关电源的“绿色化”，降低电源对电网的谐波污染是电源接入电网的必要前提。

采用单周期控制的有源功率因数校正技术，能够将输入电流的波形校正为与输入电压同相的正弦波，提高整个系统的功率因数，降低电源对电网的谐波污染。

1 单周期控制的APFC技术

APFC技术的基本原理为在不可控整流桥与滤波电容之间加入一个合适的功率变换电路，常用的为BOOST变换电路或者BUCK电路，通过控制变换电路中开关管的通断，来控制电感电流的大小，进而控制交流侧输入电流的大小，将输入电流校正成为与输入电压同相的正弦波。

采用单周期控制技术，通过设置输出滤波电容大小，可以使得输出电压基本保持不变。图1为采用单周期控制的Boost型APFC电路的原理框图。

2 关键参数设计

电路的实验条件如下：额定功率250 W，输入单相交流电压120 V～250 V，频率50 Hz，输出直流电压400 V，开关频率50 KHz。以下为电源中关键参数的设计。

2.1 升压电感设计

在BOOST电路中，升压电感主要起到储能作用。在Ton期间，L上的电压为Ui，电流增量为 ，在Toff期间，L上的电压为Uo-Ui，电流减少量为IL（-），其中：

2.2 输出滤波电容设计

输出电容的选择应考虑以下因素：输出电压的大小及纹波值等效串联电阻的大小，容许温升等众多因素。此外，在输入交流电断电的情况下，电容容量足够大以保证一定的放电维持时间。在这些需要考虑的因素中，电容维持放电的时间需要的电容值最大，即电容只要满足放电时间，就能满足其他的要求。

考虑到电解电容存在ESR的作用，因此采用多只电解电容并联使用。

3 仿真实验分析

使用MATLAB/Simulink对上述设计的电源电路进行仿真分析，对电路参数进行优化与改进，可以看出，由于BOOST变换器前端采用不控整流加大电容滤波电路设计，只有当电源电压绝对值高于电容电压时二极管才能导通，从而有电流流过，其他时间二极管截止，电容放电，输入电流为零。因此，当输入电流为尖峰状，其中含有大量的奇次谐波，且与输入电压不同相，此时电源对电网造成严重的谐波污染，且电源的功率因数很低。而采用单周期控制技术，迫使输入电流跟随输入电压变化，使二者均为正弦波，且二者同相位，输入电流中含有的谐波大多为幅值较小的高次谐波，低次谐波的含量很少，大大减少了电源对电网的谐波污染，电源的功率因数可以达到0.99以上，提高了电能的利用率。

4 结论

基于单周期控制技术，对BOOST型APFC电路的关键参数进行了设计，并使用MATLAB/SIMULINK完成了电路的仿真实验。实验结果表明，采用单周期控制的有源功率因数校正技术，可以有效的将开关电源中输入电流的波形校正为与输入电压同相的正弦波，大大减少了电源对电网的谐波污染，提高了系统的功率因数。电路具有响应快、控制效果好、容易实现等优点，具备很强的实用性。

参考文献

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