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基于MATLAB的单周期控制PFCBoost变换电路建模与仿真

odeling and Simu lation of PFCBoost C onverter C on trolled

PU X2feng WANG H ong2hua

34.各专业技术交底范本X2 feng WANG H ong2h

（Hoha iUnvers it, Nanjing 210098 Ch ina)

Abstract Ths paperdescrbes he prncpk ofone2cyce contro Iing a gorihm and the BoostPFC cicui controled by one2cyce con2 tro ling a goritum, buils the sim uh tion modelofPFC (power fic br correc tion） Boost c icuit con tro le d by one2cyc b a gorithm ba se c onMATLAB S MUL NK /PSB and g ive s the re h ted s mua tion results K eyword s boost circut PFC;one2cyce controllng agoritm;sim uhton

近年来，谐波电流对电网的污染问题已受到充分的关 注。为了限制负载的谐波电流，国际电工委员会（EC)制 定了IEC61000）3）2）4）6标准。事实上，有源功率 因数校正（APFC)作为一种彻底解决整流电路谐波污染 问题的新技术，已成为电力电子学科的研究方向之一。 当前，单相APFC技术的研究热点之一为新型控制器 设计。单周期控制技术是20世纪90年代初由KeyueMa Smedley提出的一种新型非线性控制技术21，与APFC传 统的平均电流控制技术相比，单周期控制技术不需要乘法 器.具有动态响应快.抗干扰能力强等优点。

单周期控制基本原理[23

当开关S的开关周期T恒定时，工作过程可用如下 的开关函数来表示

0

得x（t)在每一开关周期T所对应导通时间T中的积分 等于参考量Ver（t)在该开关周期Ts中的积分值，即 Q<(t) dt=Qer(t)dt, 从而实现在每个开关周期中开 关输出量y(t)的平均值等于参考量Ver(t)的平均值。 2 2单周期控制PFCBoost变换电路 的MATLABSMULINK/PSB建模 01单国期控制卫中路功交国数校

21单周期控制Boost电路功率因数校正

对于Boost变换器，有

式中，R。为Boost变换器输入等效电阻。根据式（4)和式 （5)，且令V=（RR）V，可得：

RsI, = V (V, /V)

式中，Tm、T为开通、关断时间，且有Ton+Tar=T开关 的占空比D=TT开关S的输入量x（t)与输出量 y（t）的关系为：

式中，R为电流I的采样电阻；V为电压环调节器输出。 将式(4)代入式（6).得占空比D的控制目标[45]：

IRs=(T/T)V=DV

y（t)=k（t）x（t）

设开关频率mx（t)的频率，则在一个开关周期内，x（t)可 近似视为恒值，y(t)的平均值为

y(t =Qx(t)dtU x(t) Q= x(t)D(t)

电气技术与自动化#浦锡锋，等#基于MATLAB的单周期控制PFCBoost变换电路建模与仿

22基于MATLAB的PFCBoost主电路建 模[6]

基于MATLABSMULNK/PSB建立的PFCBoost主电 路仿真模型如图2所示。

图2中的基本参数为：正弦交流输入电压AC有效值 为220V频率为50HzRLC1为输入前级EMI滤波器（滤波 电容为33LF,滤波电感为2mH）,输出电压V。=400V, 负载电阻R=6408,开关频率f=100kHz输入电感L=1 mH,输出滤波电容C=470LF,检测输出电压的分压电阻 R=1580k8、R,=20k8，电流采样电阻R=Q028。

图2 2PFCBoost主电路仿真模型

根据图1的单周期控制PFCBoost变换器原理框图， 基于MATLABSMULNK建立的单周期控制器仿真模型 如图3所示。 图中.给定参考电压V.与采样电压V的偏差V.经

图3单周期控制器仿真模型

电气技术与自动化#浦锡锋等#基于MATLAB的单周期控制PFCBoOst变换电路建模与仿

低通滤波和PI调节后，得到积分器的输入电压V；比较 器的参考电压V由电压外环输出电压V和电流采样电 压V相加得到（V对地呈现负极性）；积分电压V参考 电压V的偏差在记忆器和比较器的作用下，产生RS触发 器的复位信号；同时，RS触发器的置位信号为给定的时钟 信号。为实现控制器在单个周期中零误差的控制要求，复 位开关由RS触发器的！Q端输出信号控制，RS触发器的 0端输出信号则用来控制开关管VT的开通与关断。

单相PFC交流输入电压、电流波形

图5单相PFC输出电压波形

图6单相PFC交流输入电流的FFT分析

图7单相PFC交流输入电流的总谐波畸变

输出电压稳定。对交流输入电流进行FFT分析，基波电 流幅值为2902A高次谐波分量很小，总谐波畸变为 0105.功率因数校正至0.9988

32负载变化时的仿真结果

图8图9分别是系统的负载电阻变为3208、10008 时的仿真结果。 仿真表明，负载变化时，交流输入电流仍能迅速跟踪交 流输入电压。当负载电阻变为3208时，基波电流的幅值 为5.306A,总谐波畸变为01,功率因数校正到019950而 当负载电阻变为10008时，基波电流的幅值变为2105A 总谐波畸变为0.098功率因数校正到019952三次谐波分 量略有增加控制效果良好。

本文阐述了单周期控制的PFCBoost电路的工作原 理和实现方法，利用MATLAB建立了单周期控制PFC Boost变换电路的仿真模型，并进行了仿真研究。仿真表 明单周期控制技术可以有效应用于有源功率因数校正。

[a)交流输人电压、电流波开

M adhine B uiding Auton atio, D ec2007, 36(6): 145~147, 160

M adhineB uiding Auton atio, D ec2007, 36(6): 145~147, 160

(b)交流输人电流的FFT分析

负载增大时PFC仿真波形（负载电阻R=320

015轻钢龙骨石膏罩面板隔墙施工工艺#电气技术与自动化#

在过渡区，坏件以惯性向前运动后停下。过渡区设计 为停一个坏件，过渡区的大小可根据需要和运行实际情况 进行修改调整。过渡区内的这个坏件由后续的跟在后面 的坏件顶走到达第三级皮带被带动快速前进，并且到达一 个，计数传感器计数一个。 前进的坏件一个个进入机械手前挡板中被挡住排列 等候，当第N个坏件到达第三级输送带3时，计数器发出 信号通过控制电路使气缸动作，装在活塞杆上的挡压条下 移压在坏件上使后续坏件不能前进。当第N个坏件到达 机械手前挡板中形成一排后，时间继电器发出信号使气缸 和标准气缸导向单元动作，推送坏件到承烧盘上形成一 排。送达承烧盘上后，中型导向驱动器立即动作，使前挡 板抬起以免返回时碰到坏件，又随标准气缸导向单元等一 起返回至送料起始位置，并且落下。 前挡板返回后时间继电器发信号，使气缸动作上升， 后续坏件被放行，实行下一次的排坏周期。与此同时，承 烧盘在步进电机作用下前进一个步距。第三级输送与承 烧盘运动交界区无型材为中空，用一薄钢板搭在四角型材 上，输送带在其上摩擦前进，故第三级输送带要耐磨（可 根据需要再加厚）。薄钢板的作用一是支撑引导坏件，二 是辅助支撑气缸导向单元组件

陈明秋#自动排坏输送机械手系统的设计

后面空盘区放几个及从什么位置起始放，根据实际情 况来定。当满盘全移走，排坏区无承烧盘时，光电位移传 感器发信号给步进电动机，使其驱动齿形带快速前进输送 空盘；进入排坏区后又发信号给步进电机使其步进运动。 需要协调的是，只有在排坏区有空承烧盘，机械手才能排 坏。可通过控制步进电机的快移速度及控制机械手的运 动来协调，即只有当光电位移传感器发信号要求步进运动 时，机械手才可以排坏。 步进电机由电机架板通过螺丝固定在型材上，并通过 V形带传动驱使主动带轮运动，再通过从动带轮、同步齿 形带来输送承烧盘。共2根同步齿形带，两边各1根，齿 形带轮通过平键联接带动传动轴运动，传动轴两端套有轴 承并放在轴承座中，轴承座通过螺丝等安装在型材上。长 传动轴主动轮运动由大V形带轮通过键联接驱使轴运动 从而使主动齿形带轮运动。 为防止齿形带过度下垂，也采用带下面两边加支撑型 材的办法，此时齿形带节线距支撑型材尚有5.5mm的间 隙。同步齿形带输送空承烧盘从平皮带中间穿行前进，设 承烧盘厚度为2mm承烧盘距平皮带内边尚有间隙2210 mm,实际运行时平皮带下垫的薄钢板厚度假设为1mm, 则距承烧盘也有>1mm的间隙，承烧盘能顺利通过。

随着主机厂对粉末冶金零件品质要求越来越高，比如 零件的尺寸变化、表面敲毛碰伤、清洁度等均要求零缺陷。 为此，不少粉末冶金厂对不良品缺陷产生原因进行深入细 致的调查，发现凡有人工作业的生产场所就有可能产生产 品缺陷。因此，宜采取在整个产品生产现场尽量避免工人 接触产品，可设计设备连线自动化生产，使产品100%达 到合格。

[1]杨旭，裴云庆，王兆安桥梁高空作业施工安全技术交底，编著.开关电源技术[M].北京：机械 工业出版社，2005. 2]K eyueM Samdey Sbboan Cuk. One2cyck controlof sw itching converers[J]. IEEE Trans on Pover E kctroncs 1995 10 (6): 6252633. [3]武志贤，蔡丽娟，王素飞.电力电子变换器的单周期控制方法 探讨[J.电气传动.200535（10)：22224

图9负载减小时PFC仿真波形（负载电阻R