单相PFC电路仿真

（1）传统无桥PFC电路仿真

传统无桥PFC电路，通过控制工频整流桥后级Boost电路电感电流，实现输入电流功率因数校正，对于控制Boost电路的电流波形，有峰值电流控制（电流纹波不好控制），电流滞环控制（开关频率不固定），平均电流控制（控制灵活性高，但较复杂）三大类控制策略。其中以平均电流控制方式最为普遍。

Boost电路的状态空间平均电路模型如下：

其电路等效结构图如下：

通过加入解耦项抵消输入输出电压扰动量的影响，使得电流环可近似等效为线性系统，利于电流平均值控制。电流环闭环控制结构图如下：

对于电流环，其给定电流是50Hz交流量，电流环误差直接影响到功率因数，要实现电流环无静差控制，其开环幅频特性需要在50Hz处的增益无穷大，传统的PI控制受到自身限制。

根据内模控制原理，要实现对输入的无静差控制，需要在控制回路内包含馈一个与输入信号相同的模型，将PI中积分项换为谐振项传函，即成为比例谐振（PR）控制，此外无差拍控制也与PR控制都属于内模原理控制。

为了在满足稳定裕度的前提下，尽可能提高电流环增益，采样单比例控制，对于采样比例控制的模拟电路控制环路而言，其电流闭环可等效为一阶惯性环节，即电流环带宽受限于电流采样噪声频带，不考虑电流采样噪声对稳定性影响时，其比例系数取值无上限。

对于数字控制器而言，由于采样离散化过程和控制延迟以及PWM占空比更新中存在纯延时过程，其电流环带宽同时受到控制延时影响。在环路特性分析时需准确引入纯延时环节，延时环节的引入，系统变为非最小相位系统。零阶保持器频率特性如下:

零阶保持器等效0.5拍延迟环节，如下：

电压环控制直流侧母线电压值，由于单相PFC电路的输入电压电流是同频同相，即输入功率必然是2倍工频脉动波形，对于直流侧负载，其功率是恒定直流量。因此，输入输出功率瞬时不平衡，必然在直流母线电容上存在2倍工频电压波动。一般通过增加母线电容容值来降低母线电压纹波，或者在母线上增加功率解耦电路以转移功率波动量。

对于一般的电压环控制而言，其母线电压采样值用做闭环反馈值时，会将波动量引入，从而影响电流环给定值，最终影响到电流波形畸变。因此在电压环中应尽量消除2倍频波动量，即电压环带宽应远小于100Hz。

在Psim中搭建仿真电路模型，系统闭环控制如下：

仿真结果如下：