周 濤，程為彬，郭穎娜

（西安石油大學(xué) 電子工程學(xué)院，陜西 西安 710065）

0 引言

Boost變換器經(jīng)常用于對直流電壓變換的設(shè)備中，變換器穩(wěn)壓系統(tǒng)的設(shè)計對變換器的性能以及開關(guān)器件的安全有著重要的影響。在DC/DC變換器中，除Buck變換器外，Boost、Buck-Boost和Cuk變換器的開環(huán)傳遞函數(shù)均有一個位于右半平面的零點，使得使用單一的反饋電壓控制環(huán)難以同時保證系統(tǒng)在受到某種擾動作用時，既有很好的動態(tài)品質(zhì)又不致造成系統(tǒng)失穩(wěn)。為此，必須在開關(guān)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中獲取更多的反饋信息，以實現(xiàn)雙環(huán)或多環(huán)控制,以獲得比單環(huán)控制更好的動態(tài)品質(zhì)。然而，雙環(huán)開關(guān)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的分析或設(shè)計是較為困難的.原因是系統(tǒng)固有的強非線性，以及被檢測的電流中既有直流分量也有交流分量，兩者同時對系統(tǒng)導(dǎo)通比d的生成產(chǎn)生影響[1]。

由于Boost、Buck-Boost變換器均為二階系統(tǒng)，有兩個狀態(tài)變量(電感電流和電容電壓)，因此，在開關(guān)調(diào)壓系統(tǒng)中取輸出電壓和電感電流兩種反饋信號實現(xiàn)雙環(huán)控制，符合最優(yōu)控制規(guī)律，可以獲得更好的動態(tài)品質(zhì)。在雙環(huán)控制中，又分為峰值電流控制模式、平均電流控制、滯環(huán)電流控制模式[2]。在這3種模式中,峰值電流控制使電流峰值和平均值之間存在誤差，無法滿足總諧波失真度(THD)很小的要求；不僅電流峰值對噪聲敏感，而且需要在比較器輸入端加斜坡補償函數(shù)。滯環(huán)電流控制由于開關(guān)頻率隨占空比變化，存在電流過零點的死區(qū)問題：由于負載對開關(guān)頻率影響很大，濾波器設(shè)計只能按最低頻率設(shè)計；同時滯環(huán)寬度對開關(guān)頻率和系統(tǒng)性能影響較大，需合理選取。

平均電流控制由于電流環(huán)有較高的增益帶寬，具有跟蹤誤差小、動態(tài)特性較好的特點，還具有THD小、對噪聲不敏感的優(yōu)點，適用于大功率應(yīng)用場合。平均電流控制模式與峰值電流控制模式相比，具有控制精度高、抗噪性能優(yōu)越、不需斜坡補償以及易于實現(xiàn)均流等優(yōu)點[3]。

1 平均電流控制模式的原理

平均電流控制型的功率因數(shù)校正Boost變換器的原理圖如圖1所示。

圖1 Boost型平均電流控制法PFC電路控制原理圖

在這種APFC控制方法中，采用了電流控制環(huán)和電壓控制環(huán)，其中電流控制環(huán)使輸入電流更接近正弦波，電壓控制環(huán)使Boost電路輸出的電壓更穩(wěn)定?；鶞孰娏饔奢斎胝麟妷号c輸出電壓誤差放大信號的乘積組成，其中從輸入整流電壓取樣的目的是使基準電流與整流后的電壓波形同相，通過控制電流控制型脈寬調(diào)節(jié)器的占空比，使電感電流iL逼近平均電流iave，其波形見圖2所示。當(dāng)電感電流上升時占空比下降，從而電感電流減?。环粗?，則加大電感電流。當(dāng)輸出電壓Uo上升時，導(dǎo)致乘法器輸出的基準電流減小，使電感電流減小，從而使輸出電壓下降，反之，則電感電流增大，使輸出電壓上升。

圖2 平均電流控制技術(shù)電感電流波形圖

2 系統(tǒng)仿真性能分析

運用saber可建立起整個閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制仿真模型?？刂葡到y(tǒng)仿真中的模型的特點無量綱、單向流動，所以在控制系統(tǒng)和模擬系統(tǒng)混合仿真的時候要進行信號轉(zhuǎn)換，這就需要中間模塊，saber元件庫中的Interface Models可以實現(xiàn)這一職能。

輸入電壓為130V，負載電阻為550Ω，輸出電容為150μF時，得到變換器的動態(tài)過程如圖3所示，從圖4中可以清楚地看到變換器上電后的動態(tài)過程，其中輸出電壓略有超調(diào)，待動態(tài)過程結(jié)束后，電感電流的平均值呈現(xiàn)正弦半波，這時輸入電流與輸入電壓為頻率和相位都相同的正弦波，功率因數(shù)接近為1，實現(xiàn)了電路的功率因數(shù)校正功能，同時輸出電容電壓也呈現(xiàn)周期波動，頻率為輸入正弦波頻率的兩倍。

圖3 PFC Boost控制器動態(tài)過程仿真結(jié)果

3 實驗結(jié)果及結(jié)論

從對系統(tǒng)的分析與仿真可以看出，當(dāng)Boost變換器采用平均電流控制模式時，系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到了保證,動態(tài)特性得以改善。采用UC3854芯片搭建boost功率因數(shù)控制器的實驗結(jié)果如圖4所示。

圖4 實驗波形圖

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