有源功率因数校正（APFC）电路拓扑方法以及仿真设计

1. APFC的系统构成

按照要求，可将系统划分为滞环电流控制、Boost、PI控制三个主要部分，系统的整体框架如图所示，

以Boost电路为主体，滞环电流控制部分为控制核心，通过控制开关管的通断，调节占空比将产生的信号中所带有的高次谐波滤去，再采集输出信号至PI控制部分，对输出的信号进行稳定与修正，从而达到输出稳定的电压，输入电流正弦化的目的。

其中，boost下方电路是控制电路，其中包含了电压误差放大器VA和指令电压值，电流误差放大器CA，乘法器和驱动器。输出的直流电压和指令电压值比较后，输入差值到电压误差放大器中，二极管整流后的电压除以其峰值后，与电压误差放大器输出的直流量分别作为乘法器的两个输入端，我们用乘法器的输出当做电流反馈控制的指令值信号，与电感电流检测比较后，经过电流误差放大器加到驱动器，以控制开关的通断，从而使输入电流的波形与整流电压的波形基本一致，使电流谐波大为减少，提高功率因数。

2. APFC之PI控制

Pi即比例-积分控制，是一种线性控制方法。它是将给定值与实际输出值比较得到的控制偏差，并对偏差进行比例和积分计算，再通过比例项和积分项线性组合形成控制信号，对受控对象进行控制。

其中，比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。而在比例控制中，加入“积分项”，可以消除稳态误差。

时间的积分是积分项对误差到控制量的主要影响因素。随着时间的增加，积分项会增大。即使其误差很小，积分项也会随着时间的推移而增大，导致控制器输出增加，从而使稳态误差进一步降低到零。

因此，PI(比例-积分)控制器可以使系统进入稳态后无稳态误差。

举个栗子：

假设有一个水缸，最终的控制目的是要保证水缸里的水位永远的维持在1米的高度。假设初试时刻，水缸里的水位是0.2米，那么当前时刻的水位和目标水位之间是存在一个误差的error，且error为0.8.这个时候，假设旁边站着一个人，这个人通过往缸里加水的方式来控制水位。

u=kp*error

当考虑另外一种情况，假设这个水缸在加水的过程中，存在漏水的情况，假设每次加水的过程，都会漏掉0.1米高度的水。

仍然假设kp取0.5，那么会存在着某种情况，假设经过几次加水，水缸中的水位到0.8时，水位将不会再变换。因为，水位为0.8，则误差error=0.2. 所以每次往水缸中加水的量为u=0.5*0.2=0.1.同时，每次加水缸里又会流出去0.1米的水！！！加入的水和流出的水相抵消，水位将不再变化。也就是说，我的目标是1米，但是最后系统达到0.8米的水位就不在变化了，且系统已经达到稳定。由此产生的误差就是稳态误差了。 （在实际情况中，这种类似水缸漏水的情况往往更加常见，比如控制汽车运动，摩擦阻力就相当于是“漏水”，控制机械臂、无人机的飞行，各类阻力和消耗都可以理解为本例中的“漏水”） 因此，单独的比例控制，在很多时候并不能满足要求。

这个时候的控制量，除了比例的那一部分，还有一部分就是一个系数ki乘以这个积分项。由于这个积分项会将前面若干次的误差进行累计，所以可以很好的消除稳态误差（假设在仅有比例项的情况下，系统卡在稳态误差了，即上例中的0.8，由于加入了积分项的存在，会让输入增大，从而使得水缸的水位可以大于0.8，渐渐到达目标的1.0.）这就是积分项的作用。

3.APFC之滞环控制

滞环电流控制法存在一个滞环宽度的概念，其中宽度上限可以约束电感电流的最大值，宽度下限则是可以约束电感电流的最小值。简单来说就是通过给电感电流一个上下限，将其约束在一个范围内。

滞环电流控制的优点：

（1）不需要斜坡补偿；

（2）输入电流谐波含量少；

缺点：

（1）开关频率不恒定；

（2）必须要对电感电流进行采样；

（3）易受到整流噪音的干扰。

4.基于matlab的APFC仿真

①系统架构图

②输入电压为220V的交流侧电压与电流波形图

③输入电压为220V的直流电压波形图