有源功率因數(shù)校正（APFC）電路拓?fù)浞椒ㄒ约胺抡嬖O(shè)計(jì)

1. APFC的系統(tǒng)構(gòu)成

按照要求，可將系統(tǒng)劃分為滯環(huán)電流控制、Boost、PI控制三個(gè)主要部分，系統(tǒng)的整體框架如圖所示，

以Boost電路為主體，滯環(huán)電流控制部分為控制核心，通過(guò)控制開關(guān)管的通斷，調(diào)節(jié)占空比將產(chǎn)生的信號(hào)中所帶有的高次諧波濾去，再采集輸出信號(hào)至PI控制部分，對(duì)輸出的信號(hào)進(jìn)行穩(wěn)定與修正，從而達(dá)到輸出穩(wěn)定的電壓，輸入電流正弦化的目的。

其中，boost下方電路是控制電路，其中包含了電壓誤差放大器VA和指令電壓值，電流誤差放大器CA，乘法器和驅(qū)動(dòng)器。輸出的直流電壓和指令電壓值比較后，輸入差值到電壓誤差放大器中，二極管整流后的電壓除以其峰值后，與電壓誤差放大器輸出的直流量分別作為乘法器的兩個(gè)輸入端，我們用乘法器的輸出當(dāng)做電流反饋控制的指令值信號(hào)，與電感電流檢測(cè)比較后，經(jīng)過(guò)電流誤差放大器加到驅(qū)動(dòng)器，以控制開關(guān)的通斷，從而使輸入電流的波形與整流電壓的波形基本一致，使電流諧波大為減少，提高功率因數(shù)。

2. APFC之PI控制

Pi即比例-積分控制，是一種線性控制方法。它是將給定值與實(shí)際輸出值比較得到的控制偏差，并對(duì)偏差進(jìn)行比例和積分計(jì)算，再通過(guò)比例項(xiàng)和積分項(xiàng)線性組合形成控制信號(hào)，對(duì)受控對(duì)象進(jìn)行控制。

其中，比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。而在比例控制中，加入“積分項(xiàng)”，可以消除穩(wěn)態(tài)誤差。

時(shí)間的積分是積分項(xiàng)對(duì)誤差到控制量的主要影響因素。隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。即使其誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的推移而增大，導(dǎo)致控制器輸出增加，從而使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步降低到零。

因此，PI(比例-積分)控制器可以使系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。

舉個(gè)栗子：

假設(shè)有一個(gè)水缸，最終的控制目的是要保證水缸里的水位永遠(yuǎn)的維持在1米的高度。假設(shè)初試時(shí)刻，水缸里的水位是0.2米，那么當(dāng)前時(shí)刻的水位和目標(biāo)水位之間是存在一個(gè)誤差的error，且error為0.8.這個(gè)時(shí)候，假設(shè)旁邊站著一個(gè)人，這個(gè)人通過(guò)往缸里加水的方式來(lái)控制水位。

u=kp*error

當(dāng)考慮另外一種情況，假設(shè)這個(gè)水缸在加水的過(guò)程中，存在漏水的情況，假設(shè)每次加水的過(guò)程，都會(huì)漏掉0.1米高度的水。

仍然假設(shè)kp取0.5，那么會(huì)存在著某種情況，假設(shè)經(jīng)過(guò)幾次加水，水缸中的水位到0.8時(shí)，水位將不會(huì)再變換。因?yàn)?，水位?.8，則誤差error=0.2. 所以每次往水缸中加水的量為u=0.5*0.2=0.1.同時(shí)，每次加水缸里又會(huì)流出去0.1米的水?。?！加入的水和流出的水相抵消，水位將不再變化。也就是說(shuō)，我的目標(biāo)是1米，但是最后系統(tǒng)達(dá)到0.8米的水位就不在變化了，且系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定。由此產(chǎn)生的誤差就是穩(wěn)態(tài)誤差了。 （在實(shí)際情況中，這種類似水缸漏水的情況往往更加常見，比如控制汽車運(yùn)動(dòng)，摩擦阻力就相當(dāng)于是“漏水”，控制機(jī)械臂、無(wú)人機(jī)的飛行，各類阻力和消耗都可以理解為本例中的“漏水”） 因此，單獨(dú)的比例控制，在很多時(shí)候并不能滿足要求。

這個(gè)時(shí)候的控制量，除了比例的那一部分，還有一部分就是一個(gè)系數(shù)ki乘以這個(gè)積分項(xiàng)。由于這個(gè)積分項(xiàng)會(huì)將前面若干次的誤差進(jìn)行累計(jì)，所以可以很好的消除穩(wěn)態(tài)誤差（假設(shè)在僅有比例項(xiàng)的情況下，系統(tǒng)卡在穩(wěn)態(tài)誤差了，即上例中的0.8，由于加入了積分項(xiàng)的存在，會(huì)讓輸入增大，從而使得水缸的水位可以大于0.8，漸漸到達(dá)目標(biāo)的1.0.）這就是積分項(xiàng)的作用。

3.APFC之滯環(huán)控制

滯環(huán)電流控制法存在一個(gè)滯環(huán)寬度的概念，其中寬度上限可以約束電感電流的最大值，寬度下限則是可以約束電感電流的最小值。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是通過(guò)給電感電流一個(gè)上下限，將其約束在一個(gè)范圍內(nèi)。

滯環(huán)電流控制的優(yōu)點(diǎn)：

（1）不需要斜坡補(bǔ)償；

（2）輸入電流諧波含量少；

缺點(diǎn)：

（1）開關(guān)頻率不恒定；

（2）必須要對(duì)電感電流進(jìn)行采樣；

（3）易受到整流噪音的干擾。

4.基于matlab的APFC仿真

①系統(tǒng)架構(gòu)圖

②輸入電壓為220V的交流側(cè)電壓與電流波形圖

③輸入電壓為220V的直流電壓波形圖