电压环对 PFC 系统性能影响分析

电压环带宽设计原则

为了分析电压环对 PFC 性能的影响，以基于平均电流控制的无桥 BoostPFC 为例进行分析，如下图 4-1 所示。图中电压环将采样得到的输出母线电压值β ⋅vo 与电压基准值 Vref 相比较，通过电压环的 PI 调节器来保持输出电压稳定，同时电压环反馈回路中的电容与采样电阻构成一个低通滤波器，用来衰减输出电压谐波分量。
当低通滤波器的设定截止频率很低时（对应的电压环带宽很窄），电压环的输出是一个直流量（设为 VEA），它与输入电压采样值相乘后产生电感电流参考值，在电流环理想状态下（与电压环相比，电流环带宽通常设定的很宽，对动态响应速度影响很小），电感电流 iL 没有畸变也是正弦量，输入电流 iin 等于电感电流 iL，即：



由公式(4-4)可以看出，输出电流 io(t)由两部分组成：直流分量和二次谐波分量，其中电流的二次谐波分量流过输出电容，当电网频率为 50Hz 时该电流对应100Hz 的输出电压纹波。如果不对输出电压纹波加以限制，它将通过电压环影响电感电流参考值的正弦度，进而使输入电流产生畸变，因此需要降低电压环带宽来抑制二次谐波。在一般 PFC 电压环设计中，常将低通滤波器的截止频率设定在 10～20Hz 之间，用来衰减输出电压采样中含有的二次谐波分量。