三相三電平PFC電路的工作原理

圖 1 三相無中線三電平PFC拓撲圖

電路圖說明：

1. A1、B1、C1是三相交流輸入，L110、L111、L112是Boost電感，Q100～Q105是PFC MOS管，D101～D108是續(xù)流二極管，C114/C128是正負母線電容。三相交流輸入電壓經(jīng)過開關(guān)管和續(xù)流二極管，以及PFC母線電容的處理后，輸出為直流電壓+400P和-400P。

2. 開關(guān)變換電路的輸入端有三種電平 ＋400P、-400P和0，開關(guān)管承受的最大電壓為400V，只有總母線電壓的一半，但是為了實現(xiàn)雙向開關(guān)雙向控制，所以采用了兩個600V的MOS管進行對頂；但是續(xù)流二極管最大需要承受800V總母線電壓，所以我們選用1200V的diode；電壓輸出電平增多，諧波含量小，更接近正弦波；dv/dt減小，電磁干擾減輕；同樣的諧波含量下，開關(guān)頻率降低，效率提高。

3. 相同Boost電感下，輸入紋波電流比單相PFC要小，也就是說，按照一定的紋波要求設(shè)計電感時，三電平的電感可以設(shè)計得比較小。

工作原理簡介

三相三電平PFC可以看作三個單相PFC，每個單相相當于由兩個Boost電路組成，在交流電壓的正負半周交替工作，示意圖如圖（圖 五?1）所示。

以a相為例，驅(qū)動信號為高時，則開關(guān)管Q1導通 （交流電壓的正半周）或者Q2導通（交流電壓的負半周）；

驅(qū)動信號為低時，開關(guān)管Q1和Q2都關(guān)斷。電壓正半周時，a相上橋臂二極管導通；電壓負半周時，a相下橋臂二極管導通。

圖 五 1 三種PFC拓撲(Boost, Buck, Vienna)的功率流路徑

控制框圖

三相三電平PFC的控制框圖如圖（圖 五?2）所示，采用電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制，電壓環(huán)得到穩(wěn)定的直流母線電壓，供后級電路使用；電流環(huán)得到接近正弦的輸入電流，滿足THD和PF的要求。

具體來說，母線電壓給定值Vref和實際值(E1+E2)的誤差經(jīng)過電壓控制器后，乘以輸入電壓波形，作為交流電流給定值；交流電流給定值和實際值的誤差經(jīng)過電流控制器后，通過高頻三角波調(diào)制，控制開關(guān)管的導通時間和次序，即控制流過開關(guān)管和二級管的電流，經(jīng)過這種閉環(huán)控制，就得到合適的母線電壓和交流輸入電流。電壓外環(huán)和電流外環(huán)的控制器采用的是PI調(diào)節(jié)器，可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)控制器的零極點。

圖 五 2 三電平PFC控制框圖