提高功率因数开关电源模块两个方案比较
前语
传统的开关电源模块整流电路广泛选用不可控二极管或相控晶闸管整流方法，直流侧选用大电容滤波，输入电流谐波含量大，功率因数低，造成了严峻的电网污染和动力浪费。如今，处理谐波疑问、提高功率因数的首要方法：(1) 对发作谐波的电力电子装置的拓扑结构和控制战略进行改善，使其发作较少的谐波乃至不发作谐波，使得输入电流和输入电压同相，抵达前进功率因数的目的，如PWM整流技术; (2)在整流桥和滤波电容之间加一级用于功率因数校正的功率变换电路，如有源功率因数校正(APFC)技术。近些年来APFC技术和PWM 技术在中、小功率乃至大功率开关电源模块中得到了广泛运用。今天顶源电子小编给咱们的是：高功率因数开关电源模块作为研讨政策，分析选用APFC技术和PWM 整流技术来前进功率因数的原理，并选用Matlab8.5软件对单相电压型PWM 整流电路和APFC电路进行了仿真及分析比照。
高功率因数开关电源模块的方案方案
1、选用PWM 整流技术的开关电源模块
选用PWM 整流技术的高功率因数开关电源模块的结构如图1所示，本次只讨论其间的PWM 整流电路有些。
图1 选用PWM 整流技术的高功率因数开关电源模块结构
该种高功率因数开关电源模块方案方案选用PWM整流技术和DSP技术，能数字化地完结整流器网侧单位功率因数正弦波电流控制，比照适宜运用于中等功率开关电源模块方案中。
2、选用APFC技术的开关电源模块
选用APFC技术的高功率因数开关电源模块，其前级APFC电路选用实习出产中运用最广泛的Boost拓扑结构，担任使交流输入电流正弦化并使其与输入电压同相位，一起坚持输出电压安稳、后级DC/DC变换电路选用能完结多路输出的反激式拓扑结构，首要担任调整输出电压，经过DC/DC变换得到所需要的直流电压，其结构如图2所示。
图2 选用两级型APFC的高功率要素开关电源模块结构
单相PWM 整流电路的根本原理
本节选用图1所示的方案，其前级如图3所示，即单相全桥电压型PWM 整流电路，电路选用有4个全控型功率开关管的H 桥型拓扑结构。图3中网侧电感为升压电感，起平衡电路电压、支持无功功率、储存能量和滤除谐波电流的作用;Rs为滤波电感的寄生电阻；主电路中功率开关均反并联一个续流二极管，用来缓冲PWM 进程中的无功电能。
单相全桥电压型PWM 整流电路的SPWM 调制方法分为单极性调制和双极性调制两种，这篇文章选用单极性调制。
单相全桥电压型PWM 整流器选择响应速度较快的三角波电流比照法作为控制战略。因反应到电压外环的输出电压富含纹波电压，而纹波电压的存在将致使电流内环的给定电流发作畸变，因而这篇文章选用赔偿输出直流电压中纹波电压的方法[4]来减少流入电压控制环的纹波电压，然后改善给定电流的波形。按照以上原理方案的单相全桥电压型PWM 整流器的控制体系结构如图4所示。
图4 单相全桥电压型PWM 整流器的控制体系结构
由图4可知，PWM 整流控制体系中需要查看的信号有输入交流电压us、输出直流电压ud以及输入交流电流is.us是闭环控制中相位查看的输入信号；经过比照ud与给定参看电压u*d以及直流侧纹波电压赔偿u~d来抉择电压外环PI调节器的输出im，并将其与输入电压同步信号sinωt的乘积作为指定电流i*s ；is与i*s的差值抉择电流内环PI调节器的输出;终究比照电流内环PI调节器的输出与三角载波，发作PWM 信号来控制开关管的关断。这么，电流PI调节器的输出抉择PWM 信号的占空比，使实习输入电流迫临指定电流值。
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有源功率因数校正技术
本节选用如图2所示的方案，依据Boost-APFC的功率因数校正电路如图5所示。该电路由主电路和控制电路构成。主电路包括桥式整流器、升压电感、功率开关管、续流二极管以及滤波电容等，控制电路包括电压过失扩展器VA、电流过失扩展器CA、基准电压源、乘法器、PWM 比照器以及栅极驱动器。
图5 依据Boost-APFC的功率因数校正电路
工作原理：APFC主电路的输出电压经电阻分压后与基准电压相比照，过失值输入到VA；VA 输出信号X与输入电压查看信号Y一起输入乘法器，经过均匀化处理、扩展、比照后，再经过PWM 比照器加到栅极驱动器，发作对开关管VT的控制信号，然后使电感Ls上的电流(即输入电流)均匀值一向跟踪模拟乘法器输出的半正弦信号，即跟踪了输入电压波形，并完结了输入电流正弦化，使功率因数挨近1，抵达校正功率因数的目的。
仿真分析
1、PWM 整流器电路仿真与分析
选用Matlab8.2对所方案的单相全桥电压型PWM 整流器进行建模和仿真，在Simulink中树立仿真模型，主电路仿真参数：峰值电压为311V，频率为50Hz，相位为0°，采样时间为0s，Ls=2mH，Rs=0.5Ω，直流侧滤波电容Cd=2 500μF，直流侧负载电阻RL=50Ω；从PowerElectronics中调用Universal Bridge 电源模块，并将其设置成二桥臂IGBT/Diodes方式，仿真算法设置为可变步长类算法中的ode45算法。
交流输入侧电压与电流的仿真波形如图6所示，可见交流侧电流、电压能一向坚持同相，且电流能完结正弦化。直流侧输出电压波形如图7所示，可见0.06s后输出电压安稳在400V支配。
图8 输入侧电流谐波分析效果
在Powergui电源模块中对电路进行FFT分析，在Available Signals中进行有关设置后对输入侧电流进行谐波分析，效果如图8所示。由图8可知，总谐波畸变率DTH=0.77%，完结了体系低谐波畸变率的政策，电流谐波得到了极好的按捺。PWM 整流器功率因数波形如图9所示。由图9可知，电路功率因数一向大于0.985,且工作0.03s后功率因数能抵达1。
图9 整流器功率因数波形
2、单相APFC电路仿真与分析
单相APFC电路选用Matlab8.2进行建模与仿真。图10为APFC电路输入电压和电流波形，可见网侧输入电流由窄脉冲波形变成正弦电流波形，且与输入电压同相位。图11为APFC电路输出电压波形，可见经过60ms的软启动进程今后，输出电压安稳在400V支配，满足方案请求。图12为APFC电路输入电流谐波分析效果，可见除基波外，其他谐波含量均很小。
由图12可知，输入电流DHD为0.256 5.功率因数计算公式为PF=γcosφ，其间r 为基波因子。
由于输入电流与电压根本同相位，即相位差φ 为0，则：
结语
选用功率因数校正技术和PWM 整流技术方案了两种高功率因数的开关电源模块，选用Matlab8.2树立仿真模型。由仿真效果可知，选用DSP 芯片TMS320LF2407方案的前级单相全桥电压型PWM整流电路功率因数大于0.985，并在电路安稳后抵达1，大于APFC电路的功率因数 0.969；且电压型PWM 整流电路电流总谐波畸变率为0.77%，远小于APFC电路的总电流谐波畸变率25.65%。两者对比，单相全桥电压型PWM整流器能非常好地完结输入侧电流的正弦化和与输入侧电压的同相位，能更彻底地处理传统开关,电源模块www.gztoppower.com.电流谐波大、功率因数低的疑问，非常好地完结绿色电能变换的政策。可是电压型PWM整流器成本较高，在实习运用中应依据具体需要选择适宜的类型。
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