开关电源有源功率因数校正电路的设计与仿真研究

东北石油大学本科生毕业设计（论文） 其中VS为振荡器斜坡电压峰峰值。UC3854中的VS为5.2V。

Rc1 Rcz Ccz UCAO

- RMo CA + IMoRMo?Vs 图3-3 电流误差放大器

电流误差放大器及其补偿网络的结构图如图3-3所示，根据虚短、虚断的原理，可求其传递函数为：

GCA(s)?RCZCCZKTs?11?11 （3-4）

RC1CCZRC1CCPs?1sT2s?1式中K1?1，T1?RCZCCZ，T2?RCZCCP。

RC1CCZ2）电压调节器的建模

电压环由电压误差放大器和升压级组成，结构图如图3-4所示。 VREF+ Vs(s) GEA(s) Gbsc(s)

-

图3-4 电压环结构

Vo RV1 CVF RVF - VA + RVD VREFUVo

图3-5 电压误差放大器

电压误差放大器如图3-5所示，传递函数为[12][13]：

GEA(s)?RVFK21? （3-5）

RV1CVFRVFs?1T3s?118

东北石油大学本科生毕业设计（论文） 式中K2?RVF，T3?RVFCVF。 RV1PINK?3 （3-6）

sCoVo??VVEAs按照输入功率表示的升压级传递函数为

Gbst(s)?式中，Gbst(s)是包括乘法器、除法器、平方器在内的升压级增益，PIN为平均输入功率，Co为输出电容，?VVEA是电压误差放大器的输出电压范围（?VVEA=4V）

Vo是输出直流电压，K3?PIN。

CoVo??VVEA（2）电流调节器补偿网络参数设计 1）开关频率点的电流误差放大器增益

计算因电感电流下斜在检测电阻上的电压，然后除以开关频率，用Rs代替电流互感器（RsN），方程式为：

?VRS?VoRs （3-7） Lfs即?VRS?(400?0.15)(0.0005?100000)?1.2(VPP)，

该电压必须等于Vs的峰峰值，即定时电容上的电压（5.2V）。则误差放大器的增益为：GCA?Vs?VRS?5.21.2?4.3。

2）反馈电阻器，设RC1等于Rm0：RC1?Rm0?4k?，

RCZ?GCA?RC1?4.3?4k??17.2k?。

3）电流环穿越频率fCi

fCi?Vo?Rs?RCZ （3-8）

Vs?2?L?RC1代入数值得fCi?15.8kHZ 4）零点补偿电容CCZ

考虑到电流环路的截止频率设在15.8kHZ，相位容限为45?，零点频率等于截止频率，即在环路的截止频率值频率设零点，则零点补偿电容：

11CCZ???586pF，取620pF。

2?fciRCZ2??15.8k?17.2k5）极点补偿电容CCP

极点频率至少高于功率开关切换频率的一半，即极点必须在fs2以上，则极点补偿电容为：

CCP?11??92pF，取92pF。

2?fsRCZ2??100k?17.2k19

东北石油大学本科生毕业设计（论文） （3）电压调节器补偿网络参数设计 1）输出纹波电压

主电路的输出纹波电压由下式给定，式中fR是二次谐波纹波频率：

?VOPK?PIN500??2(V)

2?fRCoVo2??100?960p?4002）放大器的输出纹波电压和增益

为了使?VOPK减小到电压误差放大器输出所允许的纹波电压，应按如下关系设置电压误差放大器在二次谐波频率点上的增益值：

GVA??VVAO?%纹波 （3-9）

?VOPK按规定取交流输入电流的三次谐波为3%，电压误差放大器输出端占1.5%，且该端口的电位对于UC3854而言，?VVAO?5?1?4，故GVA?4?0.0152?0.03。

3）反馈网络的数值

已知GVA，可求出电压误差放大器反馈回路中的元件CVF值，

CVF?11??0.103?F

2?fRRV1GVA2??100?511k?0.03式中fR为工频的二次谐波频率，RVI的值是一个适当的任意值，一般取

RVI?511k?。

4）设置直流输入电压，利用RVD(VO?VREF)?RVIVREF，可得

RVD?RVIVREF(VO?VREF)?511k?7.5(400?7.5)?9.8k?，取10k?。

5）求出极点频率

fVi?fVi?2?VVAOPIN （3-10）

?VO?RVI?CO?CVF?(2?)2500?12.5HZ

4?400?511k?960p?0.103??(2?)26）求RVF

RVF?11??124k?

2?fVICVF2??12.5?0.103?3.3 本章小结

本章确定了本文的研究对象为平均电流控制的Boost型APFC电路，并对主电路的参数进行了设计，对控制电路的主要环节进行了建模和参数计算，至此完成了基于UC3854控制芯片Boost型APFC系统主电路、控制电路及外围电路的设计，我们可以依照这些参数设计APFC的仿真模型。

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东北石油大学本科生毕业设计（论文） 第4章 APFC电路的仿真分析

4.1 MATLAB简介

为了验证第三章所设计APFC 电路对电流的校正效果，本文采用 Matlab6.5 平台进行了仿真验证。Matlab 是美国 MathWorks 公司推出的一种基于矩阵计算的科学计算软件，它采用了开放性开发的思想，在数值计算、图形处理、数据分析及工程设计仿真等方面的应用极其广泛，它内建了丰富的库函数，具有编程效率高、程序设计灵活、图形功能强等特点。已经发展成为适合多学科、多种工作平台的功能强大的大型软件。Matlab产品是集数值计算、高级绘图及可视化、高级程序开发语言和动态系统建模仿真于一体的开发环境。被广泛应用于包括信号处理与图象处理、控制系统设计、电力系统设计、财务、医药等诸多领域。Matlab 的一大特性是有众多的面向具体应用的工具箱，包含了完整的函数集，用于对信号图象处理、控制系统设计、电力系统分析设计等。Matlab 工具箱是一系列专用的函数库，解决特定领域的问题，工具箱是开放的可扩展的，可以根据特殊的需要开发自己的算法。Matlab 提供的 Simulink 是一个用来对动态系统进行建模仿真和分析的软件包，它支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统。形成了一系列规模庞大、覆盖面极广的工具箱，包含了控制理论、电力系统、信号处理等大量现代工程技术学科。Simulink 为用户提供了图形化建模的接口，它与传统的仿真软件包用微分方程和差分方程建模相比，具有更直观、方便、灵活的优点。

Matlab/Simulink 中的电力系统工具箱SPB中包括了电路仿真所需的各种元件模型，包括有电源模块、基础电路模块、电力电子模块、电机模块、连线器模块、检测模块以及附加功率模块等七种模块库。每个模块库中包含各种基本元件模型，如电源模块中有直流电压、电流源，交流电压源、电流源，受控电压源、电流源等五种电源模型；电机模块库中包含了各种电机模型，如异步电动机、同步电动机、水磁同步电动机等；电力电子模块库包含了理想开关元件、晶闸管、功率场效应管、可关断晶闸管等多种功率开关元件模型。只需将模块中的元件拖到 Simulink 窗口中，通过参数设置对话框设置参数就可以实现电力电子电路的仿真。本章采用 Matlab/Simulink中的电力系统工具箱模块对所设计的 APFC 电路进行了仿真。

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