1 引言
開關(guān)電源在儀器儀表，通信及自動(dòng)化設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用,但是,，開關(guān)電源是個(gè)電磁騷擾源,，它產(chǎn)生的諧波將會(huì)沿線路產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾和輻射干擾，從而對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生污染,，并對(duì)鄰近電子設(shè)備產(chǎn)生干擾,。如何消除電力電子裝置的諧波污染，并提高其功率因數(shù),，已成為電力電子技術(shù)的一項(xiàng)重大課題,，采用有源功率因數(shù)校正（APFC）技術(shù)是最佳解決方式。
隨著變換器" title="變換器">變換器工作的高頻化,，功率開關(guān),、二極管以及吸收電路上的能量損失將隨開關(guān)頻率的增加而增加，APFC電路的效率將明顯降低,。借助各種軟開關(guān)" title="軟開關(guān)">軟開關(guān)技術(shù)進(jìn)一步提高APFC電路的性能是解決這一問題最有效的途徑,，因此，將軟開關(guān)技術(shù)與APFC相結(jié)合,，是APFC發(fā)展方向之一,。
單周期" title="單周期">單周期控制（One-CycleControl）是近年來提出的新控制技術(shù)，其主旨是在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)控制平均電流或電壓以期達(dá)到參考值,，文獻(xiàn)[1]和[2]就是通過控制二極管上的平均電壓來間接控制輸出電壓,。本文將單周期控制用于Boost電路,，并且加入了軟開關(guān)。此電路簡(jiǎn)單,，能在一周期內(nèi)消除輸入線電壓擾動(dòng),，使每周期輸出電壓等于參考電壓，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,。
2 主電路工作原理
Boost電路被廣泛應(yīng)用于單相整流電源的功率因數(shù)校正技術(shù)中,，當(dāng)其工作在不連續(xù)導(dǎo)電模式時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)為峰值電感電流基本上正比于輸入電壓,，輸入電流波形自然地跟隨輸入電壓波形,，因而功率因數(shù)高。缺點(diǎn)是開關(guān)不僅要導(dǎo)通較大的通態(tài)電流,，而且將關(guān)斷" title="關(guān)斷">關(guān)斷更大的峰值電流并引起很大的關(guān)斷損耗,，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾。軟開關(guān)技術(shù)的成功應(yīng)用解決了硬開關(guān)的固有缺點(diǎn),，大大減少了功率管的開關(guān)損耗,，抑制了電磁干擾，并獲得了較高的效率,。
本文提出一種帶有諧振直流環(huán)的單相軟開關(guān)單位功率因數(shù)整流器,，其主電路拓?fù)淙鐖D1所示。此電路采用二極管整流加升壓斬波器的形式,，升壓變換器電感電流斷續(xù),，PWM諧振直流環(huán)器件為MOSFET，電路由諧振電感Lr,，諧振電容Cr,，開關(guān)器件S1，S2,，續(xù)流二極管D2,，D3組成，D4將直流側(cè)與諧振網(wǎng)絡(luò)及交流側(cè)隔開,。
圖1 單周期控制軟開關(guān)Boost電路拓?fù)?/p>
該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有以下特點(diǎn)：
1）PWM技術(shù)和軟開關(guān)技術(shù)融為一體,，不需輔助換流電路；
2）軟開關(guān)對(duì)PWM的影響??；
3）諧振網(wǎng)絡(luò)屬于ZVT,ZCT并聯(lián)諧振直流環(huán)，功率器件可實(shí)現(xiàn)軟開關(guān),；
4）電路拓?fù)浜?jiǎn)單,，諧振控制開關(guān)S1，S2同步導(dǎo)通和關(guān)斷，控制易于實(shí)現(xiàn),；
5）交流端輸入電流接近正弦波,，功率因數(shù)接近1。
3 單周期控制技術(shù)
單周期控制是一種非線性控制技術(shù),，該控制方法的突出特點(diǎn)是,，無論是穩(wěn)態(tài)還是暫態(tài)，它都能保持受控量(通常為斬波波形)的平均值恰好等于或正比于給定值,，即能在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi),，有效地抑制電源側(cè)的擾動(dòng)，既沒有穩(wěn)態(tài)誤差,，也沒有暫態(tài)誤差,，這種控制技術(shù)可廣泛應(yīng)用于非線性系統(tǒng)的場(chǎng)合，如脈寬調(diào)制,、諧振,、軟開關(guān)式的變換器等。采用單周期控制技術(shù),，便可以有效地克服傳統(tǒng)電壓反饋控制中的缺陷,，同時(shí)也不必考慮電流模式控制中的人為補(bǔ)償,。
下面以Boost變換器為例來說明單周期控制技術(shù)的原理,。如圖1所示，假定開關(guān)頻率fs=1/Ts為常數(shù),。電路開始工作時(shí),，輸入時(shí)鐘信號(hào)，由D觸發(fā)器U3產(chǎn)生恒定頻率的開關(guān)脈沖,，同時(shí)開通S1和S2,，輸出電壓Uo分壓后的電壓us經(jīng)積分器U1開始積分（初始狀態(tài)為零），當(dāng)積分器輸出電壓uint達(dá)到給定值uref時(shí),，比較器U2輸出高電平,，D觸發(fā)器（U3）發(fā)出關(guān)斷信號(hào)關(guān)斷S1和S2。與此同時(shí),，D觸發(fā)器發(fā)出的復(fù)位信號(hào)使實(shí)時(shí)積分器復(fù)位為零,，為下一周期做準(zhǔn)備。由上面分析,，可以得出下式：
uint=
usdt=
ugdt=uref(1)
如果給定參考信號(hào)uref為常數(shù),，則輸出電壓Uo就為常數(shù)，積分器輸出電壓uint的斜率直接反映了輸入電壓ug的變化,。當(dāng)輸入電壓ug升高,，uint的上升斜率就陡，這樣積分值uint達(dá)到給定信號(hào)的時(shí)間就短。從而占空比D就??；反之，當(dāng)輸入電壓ug降低時(shí),，積分值uint達(dá)到給定信號(hào)uref的時(shí)間就長,，占空比D就大。
在單周期控制中,，占空比D由下式?jīng)Q定：
ugdt=uref(2)
采用這種非線性控制,，使得us電壓的平均值在每一開關(guān)周期內(nèi)都與uref完全相同，并且與輸入電壓ug的大小無關(guān),。這樣,，輸出電壓Uo就是給定信號(hào)uref的線性函數(shù)，可以用圖2來表示,。
圖2 給定信號(hào)為常數(shù)時(shí)的調(diào)節(jié)過程
4 仿真結(jié)果
新推出的PSPICE9.1版本,，工作于Windows9x／NT平臺(tái)上，CPU僅要求是奔騰以上,、32M內(nèi)存,、100M以上剩余硬盤空間、800×600以上顯示分辨率,，是功能強(qiáng)大的模擬電路和數(shù)字電路混合仿真EDA軟件,。
應(yīng)用PSPICE進(jìn)行仿真，仿真電路參數(shù)如下：
輸入電壓 AC 220V,；
升壓電感 300μH,；
諧振電感 15μH；
諧振電容 0.02μF,；
輸出電壓 450V,；
輸出電容 470μF；
開關(guān)頻率 50kHz,。
圖3為軟開關(guān)波形圖,從上到下波形依次為：
1）輸出電壓Uo,；
2）諧振電容電壓UCr；
3）主功率開關(guān)管柵源電壓ugs,；
4）諧振電感電流ilr,；
5）諧振電路續(xù)流二極管電流iD2（iD3）。
從圖3中可以看出,，主功率開關(guān)管實(shí)現(xiàn)了零電流開通和零電壓關(guān)斷,。
圖3 軟開關(guān)波形
圖4為單周期控制電路波形圖，從上到下波形依次為：
圖4 單周期控制波形圖
1）開關(guān)脈沖信號(hào),；
2）主功率開關(guān)管柵源電壓ugs,；
3）比較器輸出,；
4）積分器輸出電壓uint；
5）參考電壓uref,。
從圖4中可以看出,，當(dāng)開關(guān)脈沖開通時(shí)，升壓電感電流上升,，主功率開關(guān)和積分器同時(shí)開通,，一旦積分器輸出達(dá)到參考電壓，比較器輸出高電平,，D觸發(fā)器復(fù)位,，同時(shí)關(guān)斷主功率開關(guān)和積分器，升壓電感電流也開始下降,。
圖5為輸入電流和輸入電壓仿真波形圖,，從圖中可以看出，交流側(cè)電流與電壓同相位,，從而實(shí)現(xiàn)了單位功率因數(shù),。
圖5 輸入電壓與輸入電流波形
5 結(jié)語
由以上分析可知，帶有軟開關(guān)的單周期控制AC/DC變換器,，當(dāng)工作在不連續(xù)導(dǎo)電模式時(shí),，輸入電流波形自然地跟隨輸入電壓波形，功率因數(shù)高,，線路簡(jiǎn)單,，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，效率高,，預(yù)期在小功率開關(guān)電源領(lǐng)域內(nèi)將會(huì)有廣泛的應(yīng)用前途,。