新型单相脉冲整流器MATLAB仿真研究
摘要：给出了一种新型的脉冲整流器，详细地介绍了其工作原理和控制方案，并对该整流器及其控制系统建立了MATLAB模拟模型，模拟结果验证了该方案的优势。
关键词：脉冲整流器；升压斩波器；功率因数校正；
图1主电路拓扑图
1前言
谐波对电网的污染也越来越严重，因为电力电子设备的应用越来越广泛。此外，许多电力电子设备的功率因数很低，这也给电网带来了额外的负担，影响了供电质量。因此，各种功率因数校正技术发展迅速。四象限变流器技术是中大容量单位功率因数变流器的主要技术。它用于逆变电路PWM技术移植到整流电路中形成。其基本原理是检测交流侧的电压波形和电流波形，使输入电流接近正弦波，使交流输入侧的电流和电压相同，实现功率因数接近1的目标。
脉冲整流器电路与传统的四象限变流器略有不同，适用于无能量反馈的交流侧功率因数校正。本文采用了一种新的控制方法MATLAB系统仿真。
2主电路拓扑
如图1所示，单相整流器各桥臂的上功率开关采用不可控装置，降低了成本和控制的复杂性，简化了脉冲生成电路的控制，提高了系统的可靠性。
通过控制开关管，电源电压为正半波S导通和关闭1，使电感电流跟踪电源电压。由于半导体器件的特性，即使同时给予S1、S在电源电压正半波的情况下控制脉冲，S也不会导通。当S1开启时，电源给电感充电，电感电流通过S1、D2.方向流动，电感储能，电感电流上升；S1关闭时，电感电流通过D1、D2感和电源同时向负载供电，电感释放能量，电感电流下降。只要及时控制S1的开关可以使电感电流，即电源电流，跟踪电源电压的变化。只要控制电源电压的负半周，与上述分析相同S2.导通和关闭可以达到同样的效果。这样输入电流就可以跟踪输入电压，使功率因数接近1。
图3系统的MATLAB仿真模型
平均电流模式控制原理
图4PWM子系统结构图
从以上分析可以看出，主电路拓扑结构本质上相当于设计了两套Boost升压斩波电路仅在输入交流电压的正负半周内通过Boost电路工作，实现功率因数校正的目的。
3控制电路原理及建模
如上所述，该电路本质上是Boost因此，可以使用电路Boost电路控制模式。常用的控制模式包括电压控制、峰值电流控制、平均电流控制等。平均电流控制模式[2]，[4]具有开关频率固定、无谐波补偿等优点，应用最广泛。通过这种控制可以使交流侧功率因数接近1，还可以保证直流侧输出电压的稳定性。基于此，本文还采用了这种控制方法。具体控制原理如下：输出电压通过电压误差放大器放大后，乘法器后将输入电压的采样值送至电流操作放大器作为基准电流。从输入电压采样的目的是使基准电流与输入电压的波形相同。从电感电路获取电感电流采样，送到电流误差放大器的负端。直接添加电流误差放大器的输出PWM对比器的正端，对比器的负端连接锯齿波发生器的输出。这样，直接控制了电流误差放大器的输出PWM调制器的占空比迫使实际电感电流接近电感电流的平均值。其控制框图如图2所示。
4系统的MATLAB仿真研究
本文采用MATLAB模拟和分析系统工作原理。MATLAB模拟原理如图3所示。
图3的相关说明如下：
1)为了避免在模拟中形成代数环，导致逐渐迭代，从而降低求解速度，增加模拟时间，在电路中使用记忆模块切断代数电路。
2)在控制电路中使用传输函数模块构成PI滤波器模块用于电流电压采样。这些模块的应用简化了模拟电路的实现。
3)图中的PWM使用子系统SIMULINK基本模块结构。具体结构如图4所示。
模拟波形及结果分析
电路相关参数：单相交流输入340V；直流输出600V；开关频率2kHz；交流侧电感2mH。图5，图6，图7分别显示的是输出电压波形，输入交流电压与电流波形，开关脉冲信号波形。
从图5可以看出，输出电压启动后基本稳定600V左右。从图6(b)可以看到输入侧电流近似为一与输入电压同相位的正弦波。
6结语
本文提出了一种新的脉冲整流器实现方案，分析了它的工作原理，采用了一种新的控制方案，并采用了它MATLAB建立的模拟模型和模拟分析结果。通过模拟验证该方案是校正大功率因数的更好方法。
图7开关信号
图5输出电压波形
(a)输入交流电压
(b)输入交流电流
图6输入电压和电流波形