峰值電流型PFC Boost變換器斜坡補償方法研究

摘 要：PFC Boost電路中由于輸入電壓的時變性造成輸入電流在過零附近產生分岔現象，本文針對該現象，以電流連續模式（CCM）下峰值電流型PFC Boost變換器的精確時變模型為基礎，研究了抑制分岔的斜坡補償方法，通過SIMULINK仿真驗證，表明輸入電流分岔現象得到消除，接近輸入電壓波形，改善了PFC Boost變換器的性能。

關鍵詞：PFC Boost變換器；分岔；斜坡補償

1 引言

電力電子裝置的使用日益廣泛，但其對電網帶來的諧波污染影響了輸電線路的經濟性并帶來了能量損耗。解決這一問題的有效方法是對用電設備進行功率因數校正。[1]功率因數校正（PFC）技術可以提高設備的功率因數，延長使用壽命。按PFC控制電路是否含有電源元件可以分為有源功率因數校正和無源功率因數校正，其中有源PFC具有可以得到較高的功率因數、低輸入電流諧波、工作電壓和頻率范圍寬、體積小等優點。其基本電路拓撲有：Boost（升壓）、Buck（降壓）、Buck–Boost（降升壓）、flyback（反激式）等，其中Boost變換器因具有輸入電流連續、輸入電感可以減少對濾波器的要求、電流波形畸變小、EMI小、輸出功率大、驅動電路簡單等優點而被廣泛使用。常用的PFC Boost變換器的控制方法有峰值電流法、滯環電流法、平均電流法三種[2]本文采用峰值電流法對PFC Boost變換器進行斜坡補償，研究該方法對功率因數的影響。

2 PFC Boost變換器時變模型

峰值電流型PFC Boost變換器的電路結構如圖1所示，控制電路由包括電壓外環和電流內環組成雙閉環控制模式。

如圖（1）所示，輸入交流信號經過二極管整流后，送入后級的Boost開關變換器，通過對開關管VT的通、斷控制來實現網側電流跟蹤電壓信號，實現高功率因數整流的目標。當輸出直流電壓與參考電壓進行比較后，得到了誤差電壓信號，該信號經過低通濾波器，濾掉噪聲信號后送入比例積分控制環節，該控制器輸出與整流橋輸出電壓相乘后得到參考電流信號，此時電感電流就跟蹤參考電流信號，實現功率因數校正。

3 PFC Boost變換器中的分岔現象分析與研究

3.1 PFC Boost變換器中的分岔現象

對未補償的PFC Boost電路進行MATLAB/SIMULINK仿真，可得到圖2所示的無補償時電感電流的時域曲線。從圖中可以看出，電感電流出現了分岔現象，偏離了正弦波曲線。

由于PFC Boost變換器輸入電壓的正弦時變特性，其內部蘊含著比傳統DC/DC boost變換器更復雜的非線性現象，這些現象的存在會嚴重影響變換器的性能，因此要對其進行抑制。

3.2 PFC Boost變換器中的分岔控制方法

通常的控制方法有OGY法、狀態反饋延遲法[3]等反饋控制法和通過一個小的三角函數信號、噪聲信號、斜坡信號以及系統參數的微小調制來控制分岔和混沌現象的非反饋控制法。非反饋控制法的設計非常簡單，傳統的控制方法是采用斜坡補償的控制手段，給控制量增加一個負斜率的斜坡信號。通常選取容易控制，且效果明顯的參考電流I，ref作為參數擾動對象[4]，在其基礎上減去補償電流，即 。

其中，iref為固定斜率補償后的參考電流，A；I，ref為電壓誤差放大器的正弦調制輸出， ，A；msn為斜坡信號上升的斜率。T0為工頻周期，s；T為頻閃采樣周期，s；tn為第nT時刻的頻閃采樣點；Dn為第nT時刻內的控制占空比，Dn∈[0，1]。

從仿真結果圖中可以看出，加入斜坡補償后，電路中輸入電流的分岔現象得到了消除，功率因數得到提高。

4 結論

對PFC Boost變換器中的分岔現象進行研究，采用非反饋控制的斜坡補償方法對該不穩定現象進行控制，得到了穩定的輸入電流波形，改善了PFC Boost變換器的性能，提高了功率因數，達到了控制分岔的效果。

[參考文獻]

[1]周宇飛，黃家成，王詩兵，等.PFC Boost變換器中的斜坡補償設計原理[J].中國科學-F輯：信息學，2009，39（11）：1217～1223.

[2]張占松.開關電源的原理 設計[M].北京：電子工業出版社.

[3]Tse C K，Lai Y M，Chow M H L.Control of bifurcation in current-programmed DC/DC converters：an alternative viewpoint of ramp compensation[J].Proceedings of International Conference on Industrial Electrons，2000，1，2413～2418.

[4]Roberto Santos Bueno，Jose Luis Rodriguez Marrero. Application of the OGY method to the control of chaotic dc-dc converters： theory and experiments[C].IEEE International Symposium on Circuits and Systems，Geneva，2000：369-372.

[5]程為彬，郭穎娜，康思民，等.Boost變換器中參數斜坡共振控制能力研究[J].物理學報 2009，58（7）：4439～4448.