研 究 与 设 计 Boost变换 APFC 电路设计与仿真 赖联有， 曾桂英 集美大学 信息工程学院，福建 厦门 ( 361021) 摘要：Boost 变换是非纯阻抗输入型电路，存在功率因数低的缺点。针对 Boost 变换设计了主动式功率因数校正电路， 并采用 PSIM 软件进行了电路建模和仿真。仿真结果表明：采用功率因数校正电路后的 Boost 变换电路的功率因数 高、总谐波畸变率低。 关键词：APFC；Boost；AC/DC 中图分类号：TM 41 文章编号：1002-087 X(2011)11-1433-02 文献标识码：A Design and simulation of APFC circuit of Boost converter （ School of Information Engineering, Jimei University, Xiamen Fujian 361021, China LAI Lian-you, ZENG Gui-ying Abstract: The impedance of Boost converter circuit is non-resistive with the disadvantage of low power factor. The active power factor correction circuit for Boost converter was designed, and the model and simulation waveform of the circuit based on the PSIM software was given. The result of simulation shows that the power factor correction circuit of Boost converter can improve the power factor, and reduce the total harmonic. Key words: APFC; Boost; AC/DC ）




cos cos

U I + ∑



cos
I
U =
100%

100% ），又名基波功率因数，是指基波电 因此，忽 P UI ） 1 ） 2 ） 3 DPF DPF U I U I UI （ （ （ 。 = = = = = j j j I I I ∞ = 中，通常电压波形畸变很小，而电流波形畸变很大 略电压畸变，只考虑电流畸变，即： = PF P S 位移功率因数（ 压和基波电流的有功功率与视在功率之比，即： 随着电力电子技术的快速发展，电力电子装置得到了大 规模应用，但同时也带来了无功和谐波污染等问题 [1-4]，这不 仅会造成能源的浪费，还会由于发热原因降低设备的可靠性， 解决这一问题的重要方 并且影响别的用电设备的正常使用 法是采用功率因数校正 功 率因数（ 的比值，可 以用来衡量电能被有效利用的程度，当功率因素数值越大，代 表其电能的利用率就越高 ， PFC) 视在功率 ）是指有效功率与总耗电量 (power factor correction 技术 PF 。 。 ( ) Boost 变换电路是一种电感输入型电路，其输入电流和输 入电压之间存在一个相位差，这造成 较低和变换功率损 失，因此需要 电路主 要有两种：一为被动式 ）电路；二为 主动式 电路体积较大， 补偿特性易受电网负载特性的影响，难以对谐波和无功功率 因数实现动态补偿，补偿效果不理想 电路相对于 电路提高其功率因数[5-6]。 ， PPFC Passive PFC ）电路 PFC ， APFC Active PFC 目前， 。PPFC PFC PFC PFC PF （ （ 。 PPFC 具有较大的优越性，可以克服 本文在阐述了 软件进行了建模和仿真验证 变换中 Boost PSIM 1 PFC 主要指标 APFC 。 。APFC 电路的缺点 。 PPFC 的基本原理，并利用 PFC PF 的主要衡量指标有：功率因数 位移功率因数 (PF)、 总谐波畸变率 (DPF)、 定义为有功功率 (THD) P ，本文对这些指标进行了仿真 和视在功率 的比值 实际应用 。 S 。 收稿日期：2011-06-18 基金项目：福建省青年人才创新项目（2008F3078） 作者简介：赖联有（1975—），男，福建省人，硕士，讲师，主要研 究方向为电力电子技术、嵌入式系统设计。 是指全部谐波含量的均方根值与基波的均方根值之 THD 比，用百分数表示，即： THD × 2 Boot 变换 APFC 电路原理 THD U × I 变换 Boost APFC 的基本思路是：利用输入端的电流波形 技术动态调节占空比，减小 跟踪输入的电压波形，通过 电流和电压之间的相位差，从而提高 PWM ，降低 PF THD。 1 APFC 典型的单相 Vo ）运算， PI 电路如图 和给定的基准电压 所示，其工作原理是：主电 路的实际输出电压 相加，相加结果 再进行比例积分（ 的绝对值 （整流值）相乘，得到输入电流的波形指令信号，该指令信号 运算，得到的电压与 和实际直流电感电流相加，然后进行 高频的三角波进行比较，即得到占空比动态调节的 控 制波形，从而实现电流波形对电压波形的自动跟踪 结果与输入电流 PWM Voref Vin PI PI 在图 1 中，电感电流 断开时， iL 增大， S 通时， iL 完全受开关管 的通断控制 iL 减小 S 因此，控制 。 的 S PWM 开 。S 波的占 。 1433 2011.11 Vol.35 No.11 

研 究 与 设 计 图 1 Boost 变换 APFC 电路原理 空比按照输入电源的绝对值变化，且与输入电压同相，就可以 控制 的波形，且与输入电压同相，大大减少了电流谐波，使 iL 图 2 Vin-iL-VPWM-t仿真波形 功率因数 位移功率因数 PF、 输入电压 Vin、 输入电流 的仿真波形如图 。 可以看出：在稳定后，（ Iin、 所示 3 DPF、THD 从图 3 ）图 1 （ ）中，电流和电 a 3 压的相位基本相同，因而可以提高功率因数 （ ）中，功率因数 b 数 4 结论 3 ）中，位移功率因 c 近似为 （ ）图 3 4 （ 3 近似为 ）中， c ） 图 2 ）图 3 近似为 PF （ THD PF。 DPF 1。 1。 1。 （ （ 在 Boost 变换电路中，采用 位移功率因数 APFC 电路可以提高电路的 ， 降低总谐波畸变率 THD DPF、 电路的有效性 。 APFC PF、 功率因数 仿真结果验证了 参考文献： [1] 王兆安，刘进军 电力电子技术 第五版 . [M]. . 北京：机械工业出版 社， 2009 ： 224-227. 1。 PF 功率因数 接近为 3 仿真实验 对图 采用 PSIM 1 进行建模，电路参数如表 ，三 角 波 1 所示 。 ， Voref=10 V 电感电流 ， Vtrip －p=10 V 波形控制电压 所 2 iL、PWM 的仿真波形如图 VPWM Vin=200sin (2 p ×60t) V 输入电压 ftri=30 kHz。 （与三角波进行比较的电压）波形 示 Vin、 。 从图 ）图 可以看出：（ （ 2 1 ）和图 （ b 2 ）反映了电压和 b 2 和 电流的关系 电流基本是反相的，这样可以抑制电流的脉动，从而使实现电 流对电压的跟踪 ）表明控制电压 c ）和图 a （ 2 ）图 2 （ 2 VPWM （ 。 。 图 3 Vin-PF-DPF-THD-t仿真波形 业大学学报， 2010 （ ， 30 ）： 1 79-82. [3] 李晓明，吕征宇 基于 . DSP 的单相 Boost 型数字 PFC 控制技术 [J]. 机电工程， 2008 ， 25 （ ）： 1 108-110. [4] 陈兵，谢运祥，宋静娴 单周控制新型 . Buck-PFC 变换器 电工技 [J]. 术学报， 2008 （ ， 23 11 ）： 79-83. [5] ZHOU Y F ， HUANG J C ， WANG S B, et al. Principle of designing slope compensation in PFC Boost converter[J].Sci China Ser F-Inf ， 2009 （ ， 52 Sci 11 ）： 2226-2233. [6] LOUGANSKI K P ， LAI J S. Current phase lead compensation in sin- gle phase PFC boost converter with reduce switching frequency to line frequency ratio[J]. IEEE Trans Power Electronics ， 2007 ， 22(1) ： [2] 刘夏青，亢敏 高功率因数 . Boost-APFC 电路仿真分析 西安工 [J]. 113-119. 2011.11 Vol.35 No.11 1434