基于ＯｒＣＡＤ的无源功率因数校正电路的仿真

摘要：本文简单介绍了OrCAD 9.2软件，并介绍了无源功率因数校正电路的仿真的仿真，给出了结果。

关键词：OrCAD 开关电源 仿真

1 OrCAD 9.2软件简介

Cadence公司的OrCAD 9.2软件无论是原理图绘制工具、Pspice仿真工具还是PCB设计工具，都是采用国际工业标准，与国际接轨。OrCAD软件系统中的每一部分都是相对独立的模块，可以根据需要单独使用，相互之间又有内在联系，共同构成一个完整的CAD系统，由设计项目实施统一管理。用户不必花过多的时间来考虑各个软件的调用，设计数据格式和交换方式，可以将主要精力放在电子线路设计本身。

OrCAD 9.2软件系统三个模块的功能与特点：

1.1 OrCAD Capture CIS。这是一个功能强大的电路原理图设计模块，除了可以生成各类模拟电路、数字电路、和数模混合电路的原理图外，还配有元器件信息系统CIS（Component Information System），可以对元器件的调用实施高效管理。该软件还具有ICA（Internet Component Assitant）功能，可以在设计电路图的过程中从Internet的元器件数据库中查阅、调用上百万种元器件。它是一个完全基于Windows环境的原理图输入软件，兼容Windows标准。可以说，Capture强大的功能和易于使用的特点使其已成为原理图输入的工业标准。

1.2 OrCAD Pspice。这是一个通用的电路模块模拟仿真模块，除了可以对模拟电路、数字电路和数模混合电路进行模拟仿真外，还具有对电路优化设计的功能。该软件中的Probe模块，不但可以在模拟仿真结束后显示结果信号的波形，而且可以对波形进行各种运算处理，包括提取电路特性参数，分析电路特性参数与器件参数的关系等。

1.3 OrCAD Layout plus。这是一个印制电路板（PCB）的设计模块，可直接将OrCAD Capture生成的电路图通过手动或自动布局布线方式转化为PCB设计。在PCB设计中，采用的层次可达30层，布局分辨率为1m，放置元器件的旋转角度可精确到(1/60)°。完成PCB设计后，可设计成三维显示模型，也可直接生成GeRber光绘文件。

2 基于OrCAD的无源功率因数校正电路的仿真

无源功率因数校正法是在AC/DC变换器的输入端增加无源元件，以补偿滤波电容的输入电流，如在输入回路中串联电感器，限制输入电流的上升率（di/dt），延长导通时间，功率因数可以提高到0.9。无源PFC技术电路简单，容易实现，但校正效果有限，在实际应用中还受到体积、重量、性价比等各种因素的限制，目前主要在电力系统中有些应用。近年来，无源PFC技术也有所发展，典型的新型无源PFC技术就是利用电容和二极管网络构成的填谷（Valley Fill）方式PFC整流电路，其基本结构如图1所示。当输入电压高于电容C1和C2上的电压时，两个电容处于串联充电状态；当输入电压低于电容C1和C2上的电压时，两个电容处于并联放电状态。由于电容和二极管网络的串并联特性，这种结构增大了二极管的导通角，从而使输入电流的波形得到改善。用一个电阻或电感与二极管D2串联，可进一步改善输入电流的波形。这种功率因数校正方法可使功率因数达到0.9以上。这种虽然能很好的获得较高的功率因数，却不能很好地降低输入电流的谐波含量。

用OrCAD Pspice A/D对没有采用功率因数校正时的AC/DC变换器进行仿真，结果表明，由于整流后滤波电容的存在使输入电流变为一个尖脉冲，在一个周期中的导通时间还远不到五分之一。利用OrCAD中的Probe模块对输入电流进行傅里叶变换得到的频谱图如图2所示。

可以看出，输入电流产生一系列的高次谐波。在开关电源中，正是由于前端整流滤波电路（即前端AC/DC变换电路）使输入电流发生畸变，致使开关电源的功率因数严重降低。

用OrCAD Pspice A/D对填谷式PFC整流电路进行仿真，结果表明，加无源功率因数校正后输入电流的尖脉冲有所改善，一个周期内导通时间也明显增加，校正后可以获得较高的输入功率因数，但从输入电流波形来看，仍存在较大的尖峰，里正弦波形相差尚很远。输入电流的谐波分量频谱图如图3所示。从其输入电流的谐波分量来看，较未加PFC时，高次谐波分量也明显减少。此外，在仿真过程中还可以发现，加填谷式PFC后，输出电压的幅度变化要比未加PFC时候要大，即AC/DC变换的输出电压纹波变大。

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