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随着社会经济和生活水平的不断进步,人们对用电设备质量的要求也越来越高。能够改善电能质量、减少谐波污染的功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)技术成为目前电力电子研究领域中的重点和热点。
对于广大的电源设计师而言,单纯靠经验来搭建实验电路的传统方法已经不能满足当今电源产品的设计要求,无论从设计周期还是开发成本方面考虑都是难以承受的。在电路设计中采用计算机仿真技术,能极大的减少人工劳动,缩短设计周期,降低设计成本,提高工作效率。可见,对PFC电路的计算机仿真分析是十分必要的。
PSpice是一种通用仿真软件,具有强大的功能,已经广泛应用于PFC电路的计算机辅助分析中。由于PFC电路具有非线性时变的特点,开关频率较高,环路比较复杂,采用PSpice直接进行电路瞬态分析时,传统的基于实际开关器件的仿真技术,仿真时间会很长,而且难于收敛。这是因为功率开关的高频切换,使电路仿真软件只能以很小的步长进行计算,使得在每个开关周期中求解电路的状态方程的过程要占用大量的处理时间。另外对于参数不很明确的原理性模型的仿真分析,PSpice中现有的一些简单器件同样不能胜任。
为了解决仿真的速度和收敛问题,本文在仿真模型的建立过程中用平均化等效电路代替变换器中的开关器件,使仿真过程避免了在每个开关时刻求解电路状态方程,忽略了开关周期内的电路过程的细节从而大大提高了仿真速度。此外在电路平均法的基础上,利用了PSpice的模拟行为建模(Analogy BehavioralModeling,ABM)功能,忽略PFC系统内部参数和电路结构,只是使用一些数学表达式、表格等来建立整个PFC电路的等效模型,实现对系统的输入输出特性分析。
因此,本文在后面章节中用电路平均化模型代替PFC电路的boost功率级,建立了基于PSpice行为模块的PFC仿真模型。为了使模型具有代表性,分别建立了基于UC3854的不连续导电模式和基于MC33260的临界导电模式的单相boost PFC仿真行为模型。利用建好的仿真行为模型对所设计的PFC电路进行时域和频域的仿真分析。平均电路模型与实际开关电路模型的仿真结果和仿真速度进行了对比分析,并根据仿真分析的电路参数搭建了实验电路。通过和实际开关电路的仿真速度对比,证明了仿真的快速性;通过和实验波形的对比,证明了建模方法的正确性。