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开关电源有源功率因数校正电路的设计与仿真研究

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东北石油大学本科生毕业设计(论文) 4.2 APFC主电路的仿真

4.2.1 主电路的原理图

采用状态方程法来推导Boost电路的数学模型。图4-1为基本Boost型变换器的主电路。为了确定开关管和二极管的工作状态,引入二进制变量A,当开关S导通时,A=1;当开关S截止时,A=0。这样,变量A就可以代表开关管和二极管的状态,它是二进制变量,取值{0,1}[14]。

L VD

ii iL iVD + S + R - C

is ic

图4-1 基本Boost型变换器电路

Vo

-

+

当开关管S导通时,A=1,则

UdiLdi ?Ui,即L?i (4-1)

dtdtLduduu uc??RCc,即c?c (4-2)

dtdtRC当开关管S截至时,A=0,则有

LdiLdi1,即L?(Ui?uc) (4-3) dtdtLduuduu1 iL?iD?Cc?c,即c?(iL?c) (4-4)

dtRdtCR将方程(4-1)~(4-4)联立,运用二进制变量A,由逻辑代数运算规则,可

uc?Ui?L得到一个开关周期内的状态方程。

?diLUi1 ?A?(Ui?uc)A (4-5)

dtLLducucuc?1 ??A?(iL?)A (4-6)

dtRCCR即得Boost主变换电路的状态方程:

?diL1 ?(Ui?ucA) (4-7)

dtL 22

东北石油大学本科生毕业设计(论文) ?duc1u ?(iLA?c) (4-8)

dtCR4.2.2 主电路的Simulink模型

根据式(4-7)、(4-8)运用MATLAB里的Simulink模块[[15]16],即可建立Boost变换电路的仿真模型,如图4-2所示,这里输入变量是Ui、A、R,输出是iL、uc。

图4-2 Boost主电路的Simulink模型

4.2.3 主电路的仿真结果

图4-3 D=0.5时的控制波形

23

东北石油大学本科生毕业设计(论文)

图4-4 电感电流波形

图4-5电容两端电压启动波形

图4-6电容两端电压稳态波形

仿真参数取电感L=0.5mH,电容C=0.96mF,负载电阻R=100?。当输入电压

24

东北石油大学本科生毕业设计(论文) Ui=200V,导通比为D=0.5时,电感电流(输入电流)、电容电压(输出电压)的

波形如图4-4、4-5、4-6所示。由此可见,当导通比D=0.5时,输入输出电压关系式符合Boost电路输入与输出的关系式

Uo1?。纹波小于0.5,完全超过一般Ui1?D电子设备的要求,只是响应时间稍长。电感电流波形为标准的锯齿波。这验证了仿真模型的正确性。

4.3 Boost型APFC电路的仿真

4.3.1 APFC电路仿真模型

图4-7 Boost型 APFC的仿真模型

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