第4章 仿真Boost型功率因数校正电路

RVF?1?70.3K? （4—38）

2?fVICVF4.3 开环电路仿真

开环仿真波形（L取1.12mH，Lr取15μH，Cr取110nF，Cs取5nF，输出电容C取2000μF）：

4002000-200-40091.3ms100.0msV(V123:+,V123:-)-I(V123)110.0ms120.0ms Time130.0ms140.0ms144.7ms输入电压和电流

600V

400V200V0V0sV(R:2,R:1) Time20ms40ms60ms80ms100ms120ms140ms160ms

负载端电压

37

燕山大学本科生毕业设计（论文）

20V10V0VV(V2:+)5.02.5SEL>>-0.5121.3502msV(R:2)121.3600msId(M2)V(M2:d,0)121.3700ms121.3800ms Time121.3900ms121.4000ms121.4100ms驱动信号和开关管电压电流波形

20V10V0VV(V2:+)2.000SEL>>-2.15121.3502msV(R:2)121.3600msId(M2)V(M2:d,0)121.3700msV(D2:1)I(Lr)121.3800ms Time121.3900ms121.4000ms121.4100ms

上图中波形有：电感Lr的电流（有正有负,负为近似倒尖三角，然后为零，再上升后缓缓下降），开关管电流（刚刚导通时刻从零上升到最大值，再下降至最小值然后平缓上升再降至零），和开关管电压。 开环仿真波形分析：

由开环输入电压电流波形可以看出，电流发生了严重畸变，这将导致功率因数非常低。

由开关管电压电流波形可以看出开关管基本实现了零电压关断和零电流开通，这是由于无源软开关降低了开关的电流变化率及电压变换率。由于采用软开关技术降低了开关损耗，所以开关电源可以在低损耗情况下实现高频运行。

38

第4章 仿真Boost型功率因数校正电路

4.4 闭环仿真

4.4.1 电压控制环路部分

电压控制环路部分,输出电压VO经由分压电阻进入电压误差放大器的反相端,而非反相端的信号为7.5V的参考电压,如图4-3所示。推导其传递函数,如下所示:

VoGAIN?7.5??Vo*VoGain?R?RvdRvd ， ?vi1Rvi?RvdVAOUT?7.5Rvf?sCvf

(注:“?”为并联运算符,其含义为“上乘下加”,下同)。

1Rvf?sCvfVAOUT?7.5??VoVoGain???7.5 ???R?Rvivd图4-3 电压控制环路模型

4.4.2 电流控制环路部分

电流控制环路部分,即输出电感电流iL经由采样电阻以电压的形式进入电流误差放大器的反相端,而非反相端的信号为乘除法器的输出电流Imo乘上一电阻Rmo,如图4-4所示。

图4-4 电流控制环路模型

39

燕山大学本科生毕业设计（论文）

推导其传递函数,如下列所示: ?Imo*Rmo???iL*Rsen??Rci

CAOUT??Imo*Rmo??1?1R??cz??sCsCcpcz???1?1R??cz??sCcz?sCcp?CAOUT????Imo*Rmo???iL*Rsen?????Imo*Rmo? Rci其中,电流误差放大器中Rci,Rcz, Ccz,Ccp,可以为整个电流开环引入了两个极点和一个零点。两个极点中,一个为零,一个为高频的极点可以去除高频杂波。Wp=Ccz+CcpRczCczCcp ,Wz=RczCcz综合以上三部分的分析,我们可以按如下方式建立该控制器的模型:

将输出电压乘上一个负增益与参考电压相加之后进入了电压放大器,其行为可看作是两信号相减。电压放大器网络是个负增益形式的低通网络,其与整流后线电压的分压相乘,成为主要的电流信号。在此注意主要的电流命令其形式已经先乘上一个负增益,再与电感电流感测电压相加并乘上一个负增益,在这个流程里,最后一个负增益将之前主要的电流信号还原。整个流程的动作,可以看作是主要电流命令与电感电流感测电压作相减的动作,最后的PWM模型则维持不变,决定其占空比,完成内外环路的控制动作。这样就构建以运算放大器为核心的功率因数控制器的模型。

4.4.3仿真电路构成

根据以上模型的建立,将其更进一步地通过电子元件来实现,以运算放大器和电阻电容来实现低通网络。为了使APFC电路具有较好的稳定性和动态性能,电压、电流环路中极点的配置,也即电阻电容值的选用,是参照上节控制回路传函得出。仿真平台采用PSpice工具,它是一种微机级电路模拟的标准软件。

40

第4章 仿真Boost型功率因数校正电路

LLrCrCCsR反馈电压ACMRs电流基准参考电压RmoRc1RczCvfCczCcpRvfR27.5VR1-乘法器--++电流补偿比较器+电压补偿比较器图4-5 BoostAPFC在PSpice中仿真模型图

参考电压为7.5V；输出电压增益（E4的增益）为-0.01875（输出电压为直流400V，参考电压为7.5V,所以E4的增益设置为-0.01875）。电流参考电压增益（E2的增益）设置为0.048；锯齿波的参数设置为上升时间19.75μs,下降时间

10V15V0.00001μs,PER为20μs，PW=0.25μs，锯齿波为

15v,R1=R2=10K,Rvf=174K,Cvf=0.047uf,Rmo=Rc1=3.9K,Rcz=20K,Ccz=620pf,Ccp=62pf，Rs取0.4Ω。

5V4.4.4闭环仿真波形及分析

0V500输入整流电压、电感电流、输出电压如下图：

V(pwm)375250125SEL>>0150.1ms155.0ms160.0ms165.0msV(R1:2)V(C1:2,C1:1)I(L1) *10170.0ms175.0ms Time180.0ms185.0ms190.0ms195.0ms200.0ms

41