1 概述

　　隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件的涌現(xiàn),，越來越多的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）軟件應(yīng)運(yùn)而生,，成為設(shè)計(jì)人員的得力工具,。而PSpice軟件作為當(dāng)今應(yīng)用廣泛的EDA 軟件之一,，是電子電路計(jì)算機(jī)輔助分析和設(shè)計(jì)中常用的一個(gè)通用軟件，對(duì)電路模擬分析的精度較高,，使設(shè)計(jì)人員不必搭焊實(shí)際電路,，而直接進(jìn)入計(jì)算機(jī)模擬分析階段，非常方便,。兼之其PSpice 仿真計(jì)算中采用了精確的半導(dǎo)體器件模型,，稀疏矩陣技術(shù)等，使得PSpice 仿真在數(shù)學(xué),、物理上的概念非常清晰且精度高,、通用性好，可以模擬各種類型的電路,。

　　近年來,，電網(wǎng)的諧波污染和無功問題日益嚴(yán)重，主要原因是電力半導(dǎo)體器件及電力電子設(shè)備裝置的廣泛應(yīng)用,。而特別針對(duì)于傳統(tǒng)的開關(guān)電源,，大量采用不控整流加電解電容濾波供電，其網(wǎng)側(cè)電流波形為尖峰脈沖,，輸入電流波形嚴(yán)重畸變,，功率因數(shù)非常低。為滿足要求,，有必要采用功率因數(shù)校正技術(shù),。

　　本文研究的高功率因數(shù)整流器，主電路采用橋式整流,，再級(jí)聯(lián)以Boost 升壓式斬波器作為功率因數(shù)校正環(huán)節(jié),，如圖1 所示。圖中,，L 為儲(chǔ)能電感,；VT為通斷開關(guān)，可采用MOS 管或IGBT等開關(guān)管,；RS 為檢測(cè)電流的電阻,，R 為負(fù)載，C 發(fā)揮濾波作用,。通過對(duì)升壓斬波環(huán)節(jié)控制其電感電流跟蹤輸入電壓變化來降低輸入電流的畸變,，并通過閉環(huán)控制，達(dá)到功率因數(shù)校正的目的,。

2 高功率因數(shù)整流器的控制電路結(jié)構(gòu)

　　高功率因數(shù)整流器的核心部分為開關(guān)管VT的控制電路部分,，本方案控制部分電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易懂，主要包括PI 調(diào)節(jié)器環(huán)節(jié),、乘法器環(huán)節(jié),、電壓電流檢測(cè)環(huán)節(jié),、開關(guān)管驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)以及滯環(huán)比較環(huán)節(jié)。而其中的關(guān)鍵是滯環(huán)比較環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì),，滯環(huán)比較環(huán)節(jié)電路原理圖如圖2所示,。

　　滯環(huán)比較器是在電壓比較器的基礎(chǔ)上引入了正反饋，形成了滯環(huán)控制,。輸出電壓u憶o 為+UZ 或-UZ，其中+UZ 和-UZ 為運(yùn)算放大器的正負(fù)電源電
 

3 高功率因數(shù)整流器的PSpice仿真

　　PSpice 通用電路模擬軟件是能在微型計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的SPICE 程序,。SPICE 是Simulation Program with Intergrated Circuit Emphasis 的縮寫,，它由美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校于20世紀(jì)70 年代推出，主要用于集成電路的電路分析程序,。PSpice除包含有SPICE 的仿真功能外,，在計(jì)算的可靠性、收斂性及仿真速度等方面都有改進(jìn),，并擴(kuò)展了許多新功能,。它增加了統(tǒng)計(jì)分析及電路特性的最壞情況分析，擴(kuò)展了DC分析時(shí)的全部參數(shù)掃描,，提高了參數(shù)分析能力,。PSpice模擬器可以模擬被分析電路的直流特性、交流特性及瞬態(tài)特性,，可以進(jìn)行溫度特性,、噪聲特性及靈敏度等特性的分析。電路工作頻段可由低頻段到微波段,。PSpice 的Windows版本建立了良好的人機(jī)界面,，以窗口及下拉菜單的方式進(jìn)行人機(jī)交流，并在書寫源程序的文本文件輸入方式基礎(chǔ)上,，增加了輸入電路原理圖的圖形文件輸入方式,，操作直觀快捷，給使用者帶來極大方便,。目前,，在眾多的計(jì)算機(jī)輔助分析與設(shè)計(jì)軟件中，PSpice軟件被國(guó)內(nèi)外工程技術(shù)人員,、專家,、學(xué)者公認(rèn)為是通用電路模擬程序中最優(yōu)秀的軟件。

　　應(yīng)用PSpice對(duì)電路進(jìn)行仿真首先就是要確定電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),，建立起電路作業(yè)文件,。本文采用了PSpice 作業(yè)輸入文件的兩種描述形式之一的作業(yè)圖形文件，即在PSpice的Schematics 環(huán)境下建立的電路原理圖文件,。首先啟動(dòng)PSpice程序,，新建一工作區(qū),，設(shè)置好文件的名稱和路徑，文件的后綴為.sch,。此時(shí)會(huì)出現(xiàn)一空白的MicroSim Schematics的文件界面,，即可開始繪制電路的原理圖。

　　繪圖時(shí),，根據(jù)設(shè)計(jì)好的原理圖,，可首先在對(duì)應(yīng)的原器件庫里選擇出所需要的元器件，放置在Schematics 面板上,。例如,，在Analog.slb 庫中提取電阻、電容,、電感等元器件,；在Source.slb 庫中提取正弦電壓源；在Global.slb 中提取地線等,。待所有元器件提取完畢后把它們分別放在屏幕相應(yīng)合適的位置上,。就可以在Draw 菜單下單擊Wire 項(xiàng)進(jìn)行連線，把組件的端點(diǎn)按原理圖連接起來,。原理圖繪制完成后（如圖4 所示）,，要確保各元器件連接完好并且原理圖要準(zhǔn)確無誤，否則會(huì)導(dǎo)致原理圖無法進(jìn)行仿真,。

　　接下來就是對(duì)電路進(jìn)行仿真分析了,，在此之前要通過菜單Setup 項(xiàng)進(jìn)行分析設(shè)置，制定何種分析,，并設(shè)置相關(guān)參數(shù),，這也是利用圖形輸入進(jìn)行PSpice 模擬分析的關(guān)鍵。它包括直流分析,、交流分析,、溫度分析、瞬態(tài)分析等多種分析模式,。在此,，本課題研究單位功率因數(shù)整流電路，就是要驗(yàn)證電路輸入電流與輸入電壓之間接近同相位的關(guān)系,，即功率因數(shù)近似為1,，也就是通過比較輸入電壓和輸入電流隨時(shí)間變化的波形的相位關(guān)系，所以在這里進(jìn)行的是瞬態(tài)分析,。在Setup 中選中Transient項(xiàng)并進(jìn)行進(jìn)一步的參數(shù)設(shè)置,。

　　參數(shù)設(shè)置完成后，即可對(duì)電路進(jìn)行仿真分析,，通過調(diào)整電路的各項(xiàng)參數(shù),，可以得到一系列的波形圖（圖5,、圖6、圖7 所示）,。從仿真波形可以看出,，直流輸入側(cè)電流波形為半周正弦波且與電壓波形同相，如圖5所示,；交流側(cè)電流波形為完好的正弦波,，并且功率因數(shù)為1，如圖6 所示,；輸出電壓也逐漸趨于平穩(wěn),，紋波系數(shù)很小，如圖7 所示,。

　　設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于各項(xiàng)參數(shù)的選擇確定,。通過輸入電壓與輸入電流的波形對(duì)比可以看出,，經(jīng)過有效控制后,，輸入電流基本與輸入電壓同相，且進(jìn)行了實(shí)時(shí)跟蹤,，輸入電流波形也非常接近正弦波,，使畸變問題得到了很好的解決，達(dá)到了控制的目的,。通過調(diào)節(jié)給定值及負(fù)載大小都可產(chǎn)生相應(yīng)的跟蹤變化,，調(diào)節(jié)參數(shù)值即可達(dá)到預(yù)期的調(diào)節(jié)結(jié)果。

4 結(jié)語

　　通過參數(shù)設(shè)計(jì),、仿真分析,，可以看出文中所設(shè)計(jì)的高功率因數(shù)整流器，實(shí)現(xiàn)了功率因數(shù)近似為1,，并且電流波形近似正弦波,，輸出電壓平穩(wěn)且紋波系數(shù)很小，表明了本文中單位功率因數(shù)整流電路及其控制原理的可行性,。