Matlab/Simulink三相功率因数校正电路设计研究仿真(5)
根据拓扑结构的不同，在输入端可以将PFC电路分为电感输入型和电容输入型，输出端可以分为电压输出型和电流输出型。如Buck电路为电容输入型、电流输出型；Boost电路为电感输入型、电压输出型。各种类型的变换器适用的场合不同，各有优缺点。而一般现在都采用Boost变换器作为功率因数校正电路的主拓扑有以下几个原因：
1.Boost电路的特点是升压，升压模式下导通的时候输入端都将有电流流过，而降压电路因为有电容的钳位作用，当市电电压的瞬时值低于PFC的电路输入端电压时，没有电流流入，从而产生较大的谐波。
2.Boost电路的电感串联在输入端，可以作为滤波元件，减少电流的高频纹波，抑制射频干扰和EMI噪声，并防止过电流的冲击。
3.Boost电路的高频开关的驱动可以与之共地，驱动电路简单而安全。
4.而如Cuk、Sepic电路等的结构依靠电容作为能量传递的工具，因为电容自身的容量有限，体积和温度受到较大的限制，因此只适用于小容量的场合，而像三相功率因数校正这样的大功率场合时不合适的。
总而言之，Boost变换器可以减小电流纹波，体积小，效率高，结构简单，成本低，可以保持较高的功率因数，工作可靠。缺点是控制比较复杂。
如图2.4所示，是一个典型的基于Boost变换器的功率因数校正电路【9】：
图2.4 基于Boost变换器的功率因数校正电路
它有两种工作模式，即连续电流模式和断续电流模式。工作在断续电流模式时，它有三个状态，如图2.5-2.7：
1.状态一
因为开关导通的频率为10KHz或更大，所以经过桥式整流器的整流后的电压可以认为在开关周期中是直流。此处使用直流源模型。状态一中开关管导通，因此二极管截止，电路分成两部分。电源给电感L充电，电容C为负载R提供能量。令直流电压为 ，输出电压为 ，电感上的电流为 ，则该状态下的方程为：
（2.15）， （2.16）
令开关导通的时间为 ，则此时的电流的表达式为：
（0<t< ）（2.17）
此时电流 斜坡上升。
2.状态二
此时驱动停止给开关信号，开关关断，则二极管导通，电源和 L同时给C充电和给负载提供能量。该状态下的方程为：
（2.18）， （2.19）
设该状态的持续时间为 ，解式2.18得电流的表达式为：
（ <t< ）（2.20）
在稳定工作的条件下，电感满足伏秒平衡原理，即一个周期T中，电感L积蓄的能量与释放的能量相等于是有表达式：
（2.21）
其中 是开关管处于断开状态的时间。对2.21变形得到：
，（2.22）
其中 为占空比。将2.22带入2.20可以得到：
（ <t< ）（2.23）
可见此时电感电流斜坡下降。
3.状态三
此时开关管仍处于关断状态，而由于电感量较低，电感的能量释放完毕，二极管截止，仅由电容C为负载提供能量，与状态一的情况相同，微分方程同2.16为：
此时电感上电流为 （ <t< ）（2.24）。
如果电感量较大，在状态二中电感的能量不能释放完毕，则不存在第三种工作状态。
图2.5 状态一 图2.6状态二 图2.7状态三
由式2.17、2.23、2.24可以得到电流在断续模式下的波形如图2.8：
图2.8 电流断续时的波形
由以上三个式子可以看出，电感电流 与整流后的电压 是正相关的，而 又由市电直接整流而来， 跟随 就是跟随市电的正弦输入电压，而 是输入电流整流而来的电流，那么输入电流也就能够跟随输入电压了，从而实现了功率因数的校正。