【正文】 相 Boost PFC 的 MATLAB 仿真框圖。Simulink 模塊庫(kù)進(jìn)行安裝時(shí)，也可以自行選擇安裝內(nèi)容。Limit data points to last——數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)，預(yù)置值為 5000，顯示 5000 個(gè)數(shù)據(jù)，多出的棄前保后，不選擇此項(xiàng)則可保留全部數(shù)據(jù)；Save data to workspace——將數(shù)據(jù)放入工作間，是仿真結(jié)果保存，可用MATLAB 繪圖命令處理，亦可用其他繪圖軟件；Variable name——給要保存的數(shù)據(jù)命名，方便識(shí)別調(diào)用；Format——數(shù)據(jù)保存格式，常用 Array 格式保存變量，方便 MATLAB 重畫命令，時(shí)間也許同時(shí)保存，需調(diào)用 Sources 模型庫(kù)的 Clock 與示波器連接，這是 Save data to workspace 將時(shí)間作為一變量同時(shí)保存，如圖 所示。 示波器的使用和數(shù)據(jù)保存在 節(jié)中提到，Simulink 最后仿真結(jié)果的表示形式主要是波形，在模型庫(kù)里最普遍的可以用來(lái)表示波形的儀器就是示波器。在這個(gè)仿真模型中，最少應(yīng)該有一個(gè)源模塊和一個(gè)輸出模塊；②參照給定的仿真電路或系統(tǒng)，計(jì)算出相應(yīng)模塊的參數(shù)。在 MATLAB 發(fā)展初期，主要是解決一系列復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算問(wèn)題，后來(lái)慢慢擴(kuò)展到繪圖等功能。所謂仿真，即在給定的虛擬平臺(tái)上，根據(jù)系統(tǒng)所給定數(shù)據(jù)庫(kù)，用數(shù)學(xué)模型替換物理系統(tǒng)的器件，構(gòu)成相應(yīng)電路。圖 是當(dāng) 時(shí)，S1 斷開(kāi)，S2 閉合的電路ref ?drefV邏輯圖。其工作uinduV?攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 單周期控制技術(shù)在全橋逆變器中的應(yīng)用21原理分析與雙極性控制模式相同。dV 雙極性控制模式數(shù)字控制算法的實(shí)現(xiàn)攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 單周期控制技術(shù)在全橋逆變器中的應(yīng)用20P I D 調(diào)節(jié)器積分器輸出R S 觸發(fā)器復(fù)位信號(hào)驅(qū)動(dòng)信號(hào)圖 雙極性控制模式單周控制器調(diào)制波形雙極性控制模式單周期控制器調(diào)制波形如圖 。經(jīng)過(guò)實(shí)踐分析，雖然雙極性控制模式操作比較簡(jiǎn)單，可是它在負(fù)載較輕的時(shí)候，容易攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 單周期控制技術(shù)在全橋逆變器中的應(yīng)用19出現(xiàn)直流偏移。0V在采用模擬控制時(shí)，利用積分復(fù)位電路來(lái)對(duì)這一功能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。綜上所述，逆變器的應(yīng)用已非常廣泛?，F(xiàn)假設(shè)此 PI 調(diào)節(jié)器的輸出方程為： 式（）)()(^tvVtm??若要分析 Boost PFC 電路中輸出電壓上的紋波電壓，先做以下假設(shè)：①此電路無(wú)損耗，即效率 η=100%；②輸出電流直流分量全部流過(guò)負(fù)載，輸出電流交流分量全部流過(guò)電容；③輸出電壓的紋波足夠小。由sTon單周期控制原理可得： 式（）sgmsRiV??式（）中： ——電壓調(diào)節(jié)輸出電壓； ——電感電流； ——電感采mV sR樣電阻。 單周期控制單相 Boost PFC 工作原理QRS電壓調(diào)節(jié)器R S 觸發(fā)器參考電壓誤差信號(hào)復(fù)位開(kāi)關(guān)時(shí)鐘發(fā)生器比較器積分器0VRsSintCCgVmVmDLsgi?圖 單周控制單相 Boost PFC 電路原理圖單周期控制單相 Boost PFC 電路原理圖如圖 。然后通過(guò)對(duì)分別 Buck 電路、Boost 電路、Cuk 電路、Buck/Boost 電路的應(yīng)用的分析，分別得出了幾種電路下單周期控制的控制機(jī)理。一般情況下，都會(huì)經(jīng)過(guò)幾個(gè)開(kāi)關(guān)周期，那么輸出會(huì)出現(xiàn)一個(gè)瞬時(shí)過(guò)沖，然后達(dá)到穩(wěn)態(tài)。故 Cuk 電路控1C制機(jī)理為： 式（）dVtTVcdsref 101??時(shí)鐘脈沖控制器inV0V2CR0srefTV1比較器積分器S圖 Cuk 電路的單周控制框圖單周期控制在 Buck/Boost 電路中的應(yīng)用如圖 。由此可得，Buck 電路單周期控制的控制機(jī)理： 式（）dVtTdtVindsTsref ????0011在 Buck 中，輸入與輸出是完全解耦的，故在單周期控制應(yīng)用后，其輸出等攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 單周期控制技術(shù)9效電路圖如圖 所示。復(fù)位瞬間 值為：mV 式（）refTsTmdtxdtxRCVonon ???????00)(1)(1一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)輸出信號(hào) 平均值：y 式（）refTsavgVttyon?0)()(由上式可知，圖 所示電路可控制在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)使 ，由refavgVty??)(此實(shí)現(xiàn)單周期控制的基本思想。因此，單周控制器是把非線性開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換成線性開(kāi)關(guān)，是一種非線性控制技術(shù)。而數(shù)字控制技術(shù)的采用可實(shí)現(xiàn)通訊和實(shí)時(shí)的電源管理，故從數(shù)字控制方面實(shí)現(xiàn)單周期控制成為一種必然趨勢(shì)。攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 單周期控制技術(shù)62 單周期控制技術(shù)美國(guó)學(xué)者 Keyue 和 Slobodan Cuk 在 Buck 電路的基礎(chǔ)上提出了一種新型的大信號(hào)、非線性控制方法，即單周期控制技術(shù)。華南理工大學(xué)學(xué)者基于并聯(lián)開(kāi)關(guān)變換器的交錯(cuò)運(yùn)行機(jī)理，提出一種新型的均流控制方法，即單周期控制均流技術(shù)。重慶大學(xué)學(xué)者在研究單周期控制的靜止無(wú)功發(fā)生器時(shí)，建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論4在單周期控制的 DC/DC 變換器的研究上，浙江大學(xué)可算得上是先行者。若系統(tǒng)工作不在收斂域內(nèi)，因收斂條件限制，其狀態(tài)會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)為收斂域內(nèi)。隨著一些高性能數(shù)學(xué)分析軟件的普及，用數(shù)據(jù)分析結(jié)合軟件建模，讓單周期控制變換器的建模得以更精確，實(shí)踐更容易。在國(guó)外已有公司致力于單周期模塊商業(yè)化。也就是說(shuō)讓其平均輸入電流跟蹤參考電流，同時(shí)不受負(fù)載電流管制，這樣就算負(fù)載電流諧波很大，輸入電流也不畸變。研究表明，在一個(gè)和多個(gè)周期內(nèi)上述基于單周期控制的變換器均輸出可控，即證實(shí)了單周期控制變換器的可行性。這樣可將對(duì)狀態(tài)矢量的分析轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)單變量和 D 的分析,然后提出系統(tǒng)在允許條件下工作在穩(wěn)定平衡點(diǎn)的最大占空比工程算法，使穩(wěn)定性判據(jù)簡(jiǎn)化。這種方法在功率因數(shù)校正上得到很好的驗(yàn)證，目前已通過(guò)試驗(yàn)樣機(jī)調(diào)試。華南理工大學(xué)學(xué)者在單周期控制技術(shù)應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電容 DC/DC 變換器上也進(jìn)行相關(guān)研究，但目前只停留在變換器理論分析和系統(tǒng)仿真階段。在得到控制方程最簡(jiǎn)解后，建立單周期控制的三相四線制有源電力濾波器電路模型。該開(kāi)關(guān)電源拓?fù)淝凹?jí)是無(wú)輔助換流軟開(kāi)關(guān) Boost 功率因數(shù)校正電路，其控制采用單周期控制方案；后級(jí)主電路是一種新型零電壓零電流移相全橋 DC/DC 變換器。故目前單周期控制的應(yīng)用已涉及各大領(lǐng)域。若參考信號(hào)頻率帶寬遠(yuǎn)低于開(kāi)關(guān)頻率時(shí)，在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)可瞬時(shí)控制 平均值。其占空比參見(jiàn)公式（）。控制器 復(fù)位端積分器SinVLC0VrefsVTdV圖 Buck 電路的單周控制框圖電路進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，S 閉合時(shí)，二極管兩端電壓為 ；S 斷開(kāi)時(shí)，二極管兩inV端電壓為 0。即:在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，控制二極管兩端電壓，使其平均值與參考電壓值相等，從而改變 S 的占空比 d，實(shí)現(xiàn)控制輸出電壓。 單周控制與 PWM 控制方法的比較近年來(lái)，單周期控制的應(yīng)用迅速取代了傳統(tǒng)的 PWM 控制方式，但在其發(fā)展過(guò)程中，與 PWM 控制方法相比較，存在著其固有優(yōu)勢(shì)，亦有不足之處。不足之處：硬件設(shè)計(jì)方面，單周期控制的算法需要快速積分器，而 PWM 控制則不需要，PWM 控制顯得更簡(jiǎn)單；與 PWM 控制方法相比，單周期控制的控制方法不是直接控制輸出量，而是間接的控制開(kāi)關(guān)變量，在間接控制過(guò)程中，存在一些寄生參數(shù)，從而存在穩(wěn)態(tài)誤差。綜上所述，功率因數(shù)校正（PFC）技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今電力電子領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究。電路達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，輸入電壓、輸入電流和輸出電壓在幾個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)保持不變；③設(shè)電路無(wú)損耗，即電路效率 η=100%。此電壓環(huán)可采用 PI 調(diào)節(jié)0Vm器，如圖 。同時(shí)，現(xiàn)代設(shè)備對(duì)電能質(zhì)量要求的增長(zhǎng)，使電網(wǎng)提供的原始電能再也不能滿足其增長(zhǎng)要求。在分析圖 之前，先做以下假設(shè)：0V0i①所有器件均理想，忽略其死區(qū)；②輸出電壓頻率遠(yuǎn)小于開(kāi)關(guān)頻率，輸入電壓和輸出電壓 在幾個(gè)相鄰開(kāi)關(guān)周期內(nèi)保持不變。以將作出對(duì)兩種控制方法的分析。平均化處dVoref理方程（）可得： 式（）dinutRLdtC??020如圖 所示，電壓環(huán)采用的是 PID 調(diào)節(jié)器。其主電路由兩個(gè)工作在高頻狀態(tài)、兩個(gè)工作在工頻狀態(tài)的開(kāi)關(guān)管組成，其目的是減少開(kāi)關(guān)損耗的同時(shí)提高開(kāi)關(guān)效率，并且當(dāng)正負(fù)半周工作在對(duì)稱情況時(shí)可消除直流偏置。所以 B1=1，Y2=0。攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 電力電子電路的仿真235 電力電子電路的仿真電力電子器件開(kāi)關(guān)在電力電子電路中是非線性的，這使其繁雜且難于分析。在本文的仿真應(yīng)用中，主要就應(yīng)用 Simulink 仿真平臺(tái)。Simulink在作為這些電路或系統(tǒng)的仿真平臺(tái)，具有的特點(diǎn)有：解除編寫程序的困難和繁瑣，通過(guò)模型庫(kù)中相應(yīng)模塊代替物理模塊，進(jìn)行電路或系統(tǒng)的輕松連接，在具備完整的輸入、輸出、組成系統(tǒng)的本身模塊的條件下，通過(guò)對(duì)相關(guān)模塊和仿真參數(shù)的參數(shù)設(shè)置，就可以輕松的得出所需要結(jié)果；在仿真開(kāi)始時(shí)，仿真電路或系統(tǒng)初始化，物理模型轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)學(xué)模型，建立相應(yīng)數(shù)學(xué)方程，自動(dòng)計(jì)算在給定激勵(lì)下的仿真數(shù)據(jù)；示波器屬于輸出模塊，試驗(yàn)中，大多數(shù)情況下都是用示波器反應(yīng)的相關(guān)波形攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 電力電子電路的仿真24和曲線來(lái)得出相應(yīng)的仿真結(jié)果，且由于系統(tǒng)部存在誤差，比普通試驗(yàn)效果更佳；在保存仿真數(shù)據(jù)時(shí)，一般會(huì)選擇 形式；在仿真過(guò)程中，若有電路不完整、仿真計(jì)算出的結(jié)果不收斂等情況，軟件會(huì)給出相應(yīng)的錯(cuò)誤提示；Simulink 在框圖形式模型仿真的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了十種模型庫(kù)。要終止仿真，點(diǎn)擊Simulation→Stop 即可；⑤仿真計(jì)算進(jìn)程完畢后，會(huì)得出相應(yīng)仿真結(jié)果。單擊工具欄上示波器參數(shù)按鈕，彈出如圖 所示參數(shù)設(shè)置對(duì)話框。窗口左部樹(shù)狀目錄為各部分模塊庫(kù)名稱，分類庫(kù)里存在二級(jí)子模塊庫(kù)有些甚至有三級(jí)子模塊庫(kù)，仿真所需模塊幾乎都可以在此模塊庫(kù)中找到，有些模塊是通過(guò)系統(tǒng)封裝得到的。據(jù)圖（b），選擇模塊：UU2——InIn2；0——Constant；1/s——Integrator；K——Gain； ——TriggerBased Linearization；RS——SR FlipFlop；Drive——Out；100KHz——Pulse Generator；Switch；Subtract；Relay；Memory。分析可得，單周期控制實(shí)際上是對(duì)電感電流峰值的控制。據(jù)圖 ，選取相應(yīng)模塊： ——inVSubsystem；GGGG4——IGBT；DDDD4——Diode； ——Terminator；V——Voltage Measurement；L、C——3Phase RLC Series Load；K——Gain；1/s——Integrator；0、——Constant；RS——SR FlipFlop；25KHz——Pulse Generator；du/dt——Derivative； ——Saturation；Memory；Relay；Substract；Sine Wave；TriggerBased Linearization。單極性模式的 MATLAB 仿真框圖如圖 。圖 單極性模式 MATLAB 仿真框圖圖 單周控制的框圖輸出電壓和 SS2 驅(qū)動(dòng)信號(hào)如圖 所示，其中一橋臂上的開(kāi)關(guān)管工作在工頻狀態(tài)，這樣可降低開(kāi)關(guān)損耗；突加、突卸阻性滿載時(shí)輸出電壓、輸出電流和攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 電力電子電路的仿真35輸出電壓、電感電流分別由圖 和 所示；突加、突卸感性滿載時(shí)輸出電流和輸出電壓、輸出電流分別由圖 和圖 所示；突加非線性負(fù)載時(shí)輸出電壓、輸出電流和電感電流如圖 所示。圖 和 圖 和 PID 輸出inUout inU根據(jù)以上的仿真結(jié)果和相關(guān)分析，單極性控制模式下的單周期逆變器不論是在阻性還是在非線性負(fù)載情況下，都具良好輸出電壓質(zhì)量，并且輸入電壓突變也無(wú)太大影響，同時(shí)對(duì)負(fù)載突變響應(yīng)迅速。近年來(lái)單周期控制技術(shù)發(fā)展迅速，特別是因?yàn)閱沃芷诳刂剖欠蔷€性控制和開(kāi)關(guān)電路的結(jié)合，并在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)抑制輸入擾動(dòng)，因此各