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摘 要

针对感性负载的交流用电器电压和电流不同相造成供电效率低下的问题，人们一直在寻求改进方法。传统方法是加上一个电容或一个电感来调整用电器的电压、电流相位特性。但是随着时代的发展，工业用电因功率因数太低造成的巨大电能浪费日益明显，人们对于电能利用效率的需求越来越高，以往简单并联一个电容的方法已经不能满足实际需求。PFC被称为“功率因数校正”，是现代开关电源的一种必备设计，在电网运行过程中或是家用电器得到了大范围的应用。PFC系统作为一个可以减少谐波电流，并且将非线性负载转化为线性负载的模块，是未来电气发展中不可或缺地一个环节。本文采用MATLAB作为仿真软件，针对boost变换器，验证了PFC电路在正常工作时能够起到调节功率因数的作用。

关键词：功率因数校正；滤波器；Boost变换器；仿真

Control system design of power factor correction converter

Abstract

Aiming at the problem of low power supply efficiency caused by different phases of voltage and current of AC electrical appliances with inductive load, people have been looking for improvement methods. The traditional method is to add a capacitor or an inductor to adjust the voltage and current phase characteristics of electrical appliances. However, with the development of the times, the huge waste of electric energy caused by the low power factor of industrial power is becoming more and more obvious. People's demand for the efficiency of electric energy utilization is higher and higher. In the past, the simple method of paralleling a capacitor can not meet the actual demand. PFC, known as "power factor correction", is a necessary design of modern switching power supply, which has been widely used in the process of power grid operation or household appliances. As a module that can reduce harmonic current and transform nonlinear load into linear load, PFC system is an indispensable link in the future electrical development. In this paper, Matlab is used as the simulation software to verify that PFC circuit can adjust the power factor when it works normally.

Key words: power factor correction, wave filter, Boost converter,simulation

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 功率因数校正控制系统研究背景及意义 1

1.2 功率因数的简介 1

1.3 功率因数校正系统的发展 2

1.4 功率因数校正系统的应用 2

1.5 本文对功率因数校正系统的研究和工作安排 2

第二章 功率因数校正介绍 4

2.1 有源功率因数校正简介 4

2.2有源功率因数校正的基本功能 4

2.3有源功率因数校正技术的基本电路 5

2.4 有源滤波器在功率校正电路中的作用及分类 6

2.6 APFC技术的发展和应用 7

第三章BOOST变换器 8

3.1Boost变换器简介 8

3.2boost变换器工作原理 9

3.3 boost变换器控制方法 10

3.4 Boost电路中各元器件的选择 11

电感的选择：电流电感公式 11

3.5 Boost型APFC电路的优缺点 12

第四章控制APFC电路的两种常用方法 13

4.1 滑模与数字控制PFC电路简介 13

4.2 滑模与数字控制PFC电路的发展 13

4.3 滑模控制电路拓扑工作时的数学模型 13

4.4 数字控制PFC电路的优良前景 14

第五章 功率因数控制校正系统仿真设计 15

5.1 建立功率因数校正系统的仿真模型 15

5.2 运行仿真模型，测试电流与电压之间的相位关系 16

5.3电路校正前的变化 16

5.4 测试结果分析 17

第六章 总结与展望 17

6.1 总结 17

6.2 展望 17

致谢 18

参考文献 19

第一章 绪 论

1.1 功率因数校正控制系统研究背景及意义

自从1732年美国科学家富兰克林发现“电”以来，人们对于电能的研究从未停止。直至如今，人类已经拥有了火力发电、风力发电、潮汐发电和核能发电等各种各样的发电方式。在中国，就目前各种因数计算，还是燃煤发电的综合成本最低。水力发电表面看起来成本低，但是建设基础成本高而且对地域方面有着一定要求，很多地方并不能建设水电站。核电成本较高，而且中国的核燃料不足，核燃料需要用在一些更加关键的地方。所以，在中国主要是火力发电，但是火力发电或其他发电方式或多或少都会造成一些环境污染。因此，如何从侧面提高提高电能的利用率以达到节约电力的目的也成为了一项至关重要的问题。而近几十年来，由于电力电子装置的广泛使用，对电网造成了严重的谐波污染，降低了电能的利用。在这种情况下，功率因数校正技术（简称PFC）对解决这一问题有着良好的帮助，可以有效的提升电能的利用率，无论是降低环境污染还是解决电能不足的问题，功率因数校正技术都是不可缺少的至关重要的一环。

1.2 功率因数的简介

功率因数是指电路有功功率对视在功率的比值。该比值一般越高越好，最理想的情况下可为1.如只含纯电阻的电路。但是在实际生活中，如果不是“谐振电路”，功率因数是不会达到理想大小。通常情况下，电网或用电设备会产生无功功率，无功功率在电网中不断反复的流动，对电能的利用率造成了无用的损耗。当人们在采购用电设备或检查电网利用率时，功率因数是一个重要的衡量指标。功率因数接近或等于1，说明该用电器或电网对电能的利用率较高，降低了线路的供电损耗，具有较高的经济性价比。 功率因数高降低了供电设备的无效输出，提高了电能利用率；功率因数低则提高了损耗，此时如果有需要可以采用并联电容、电感等方法提高功率因数。

表1.1 功率因数常用公式及含义

平均功率因数 = ( 1-1 )

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