Totem PFC（一）图腾柱无桥PFC AC/DC功率因数校正电路matlab/simulink仿真

Question

如题所述

Answer 1

在电动汽车行业的迅猛发展浪潮中，各大企业和研究机构纷纷投入车载充电机 PFC 技术的研发竞争，国际巨头如Meta、Valeo、Kostal、Emerson、Brusa、Tesla等，国内的华为、汇川、台达等知名企业也不甘落后。工业和信息化部的《电动汽车用传导式车载充电机技术条件》提出，车载充电机需在特定条件下，满载50%时充电效率达到90%以上，功率因数需不低于0.96，全载时功率因数需至少为0.99，这无疑对技术提出了严苛的要求。

图腾柱无桥PFC电路以其低共模干扰噪声、元件数量少和高效率，成为车载充电机前级PFC的理想选择。针对这两种核心电路结构——MOSFET+二极管和快管+慢管，我们利用MATLAB/Simulink进行了深度仿真，旨在验证其主电路性能和多种控制策略。电路原理图揭示了其独特设计，展现了高效能和灵活性。

在设计的6.6kW图腾柱PFC电路中，我们设定AC220V 50Hz输入，DC400V输出，目标输出纹波仅为1.5%。MOSFET开关频率达到100kHz，负载6.6kW，力求输入功率因数大于0.99，输入电流总谐波失真小于3%，电流纹波系数控制在0.05以内。在这个过程中，软件锁相环PLL起到了关键作用，它采用SOGI-PLL算法，确保了系统的稳定性和准确性。

双闭环PI平均电流控制是核心策略之一，通过电压环和电流环的协同工作，通过PI算法实现电流误差的消除。它巧妙地通过调节占空比，控制电感电流的幅度和相位，进而稳定输出电压。图腾柱（MOSFET+二极管）的控制框图清晰展示了这一过程。

此外，我们还探讨了滞环电流控制（Bang-Bang）策略，借鉴了相关论坛文章，其控制算法在仿真中表现出良好的抗干扰性能。同时，基于dq旋转坐标系的解耦控制，为图腾柱提供了更为精确的控制框架，与单相PWM整流器相似，确保了电流内环的解耦和电压前馈的精确性。

在仿真结果部分，图腾柱（MOSFET+二极管）的双闭环PI平均电流控制实现了稳定的DC400V输出，电压纹波控制在设计目标内，输入功率因数远超要求，谐波失真和电流纹波表现优秀。这些数据充分验证了图腾柱PFC电路在实际应用中的高效性能。

总的来说，针对电动汽车车载充电机的关键技术，我们精心设计并仿真了MOSFET+二极管和快管+慢管两种图腾柱PFC电路，以及三种控制策略，结果充分满足了设计目标，为车载充电机的高效能和稳定性提供了强有力的支持。