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基于比例谐振的单相PFC电流控制策略
摘要
功率因数校验（PFC）技术是一种被广泛应用的电源系统控制技术，它的主要目的是提高电源系统的功率因数。不同类型的PFC技术已经被开发出来，其中比例谐振控制技术是一种最常用的技术。本文基于比例谐振控制技术，设计了一种单相PFC电流控制策略。本文首先详细介绍了PFC技术的原理和应用场景，然后介绍了比例谐振控制技术的基本原理以及单相PFC电流控制策略的设计思路。最后通过仿真实验证明了所设计的单相PFC电流控制策略的性能和可行性。
关键词：功率因数校验，比例谐振控制，单相PFC，电流控制
一、引言
随着现代电子设备的广泛应用，对于电源系统的精度、效率等要求越来越高，而功率因数校验技术是实现这些要求的关键之一。传统电源系统通常采用滤波电容来消除谐振波，达到目的，但是这样的方式会导致电源的系统效率低下、使功率因数低。因此，功率因数校验技术被引入到电源系统中，以提高系统的效率和功率因数。目前PFC技术已经被广泛应用于电源领域，包括计算机、照明、电动汽车等。不同种类的PFC技术被开发出来，其中比例谐振控制技术是一种最常用的技术。
二、功率因数校验技术及其原理
功率因数是描述交流电源波形的质量因数，用来评价在给定条件下设备的输出功率。功率因数P是实际功率与视在功率的比值，其中实际功率是指能够在有用器件上使用的功率，而视在功率是指在设备上所消耗的总功率。当功率因数P等于1时，系统达到了最高效率，即所有消耗的功率都能够用于有用的器件上。
为了提高电源系统的功率因数，可以利用功率因数校验技术。功率因数校验技术的基本原理是在加电之前，根据负载的电流和电压进行调整，使得电流与电压以一定的相位差进行交错调节，使功率因数尽可能的接近于1。一种常用的技术是通过滤波电容使得负载电流与电源电压同步，但是该方式所存在的问题是滤波电容使得设备效率低下，并且当负载变化时会引起因数的变化。
三、比例谐振控制技术原理
比例谐振控制技术是一种常用的PFC技术，它采用了谐振电路的特性来提高功率因数。该技术在谐振电容和谐振电感之间引入了一个谐振电阻，在谐振电容和谐振电感之间来回震荡的电流可以高效地用于供电电路中，以提高电源系统的功率因数。
比例谐振控制技术利用了在谐振电路中反馈电路的特性，通过调整谐振电容和谐振电感之间的比例关系来达到预期的控制目的。通过合理的谐振电路参数设计和反馈电路的处理，可以实现PFC电路的高效稳定控制。该技术不仅可以提高系统的效率，而且不使用滤波电容，电路的系统容量可以降低。
四、单相PFC电流控制策略设计思路
本文基于比例谐振控制技术设计了一种单相PFC电流控制策略，下面给出设计思路：
第一步：确定电源和负载的参数
在进行单相PFC电路设计时，需要确定电源和负载的参数。电源的参数包括交流电源电压和标称频率。负载的参数包括负载类型和标称功率。
第二步：设计谐振电路
根据电源和负载的参数选择合适的谐振电路，以及谐振电容和谐振电感的参数。谐振电路应该能够提供所需的负载电流，并且保证谐振电路能够正确反映负载电流和电源电压间的相位关系。
第三步：设计反馈电路
根据所需的功率因数，确定反馈电路的设计方式。在比例谐振控制技术中，反馈电路通常是由一个比例增益器和一个相位提取器组成，以产生一个与负载电流和与电源电压之间相位相乘的信号。
第四步：设计电流控制器
通过将PD控制器和谐振电路相连，实现对谐振电路中的电流进行控制。具体地，设计控制电流的参考信号，然后通过电流控制器将输入电流与参考电流进行比较，并调整控制信号以实现谐振电路中的电流控制。
第五步：系统仿真和分析
通过仿真电路来验证所设计的单相PFC电流控制策略是否满足系统的要求，并进行性能分析、合理性分析和可行性分析。
五、仿真实验
为了验证所设计的单相PFC电流控制策略的实用性，我们利用Matlab/Simulink软件进行了仿真实验。如图1所示，我们仿真了单相PFC的电路，通过反馈电路对谐振电路中的电流进行控制。
图1单相PFC电路仿真图
在仿真过程中，我们设置了负载电流为5A，电源电压为220V，电路工作在50Hz的频率下。仿真结果表明，所设计的单相PFC电流控制策略能够很好地与仿真电路配合，使电路中的谐振电流符合预期的控制目标。可以看到当此时，电源电压和负载电流同相时，系统的功率因素最高，表明所设计的单相PFC电流控制策略比采用滤波电容的方法具有更高的功率因数和效率。
六、结论
本文在比例谐振控制技术的基础上，设计了一种单相PFC电流控制策略。通过评估我们所设计的单相PFC电流控制策略，可以看到该策略具有高效、高效率、高可靠性等优点。在实际应用中，可以根据具体的电路参数和要求进行进一步的调整，以满足更高的控制要求。