三相雙開關(guān)PFC電路分析及在CCM模式下的控制策略

作者：時(shí)間：2010-08-01 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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  技術(shù)方案與實(shí)用技巧

APFC(active power factor correction)技術(shù)就是用有源開關(guān)器件取代整流電路中的無(wú)源器件或在整流器與負(fù)載之間增加一個(gè)功率變換器，將整流輸入電流補(bǔ)償成與電網(wǎng)電壓同相的正弦波，消除諧波及無(wú)功電流，提高了電網(wǎng)功率因數(shù)和電能利用率。從解耦的理論來(lái)看，三相 PFC技術(shù)可以分成不解耦三相 PFC、部分解耦三相PFC以及完全解耦三相PFC三類。全解耦的三相PFC，如6開關(guān)全橋電路，具有優(yōu)越的性能，但是控制算法復(fù)雜，成本高。單開關(guān)的三相boost升壓型PFC電路工作在DCM模式下，屬于不解耦三相PFC，由于它的成本低，控制容易而得到廣泛應(yīng)用，但是開關(guān)器件電壓應(yīng)力大，電源容量難以提高，只適用于小功率場(chǎng)合。部分解耦的三相PFC電路具有低成本、高效的特點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。三相雙開關(guān)電路就是典型的部分解耦PFC電路。本文針對(duì)該電路的工作原理和控制策略進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)。

1 三相雙開關(guān)PFC電路CCM下的工作原理
1．1 主電路結(jié)構(gòu)
電路將三相交流電的中性線與2個(gè)串聯(lián)開關(guān)管S1，S2的中點(diǎn)以及2個(gè)串聯(lián)電容C1，C2的中點(diǎn)相連接，構(gòu)成三電平(正、負(fù)電壓和零電壓)結(jié)構(gòu)，2個(gè)串聯(lián)電容分別并聯(lián)平衡電阻R1，R2，使上、下半橋作用于電容C1，C2的輸出電壓相等。電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。

本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/180657.htm

由于中性線的存在，上下半橋相互獨(dú)立，形成部分解耦的基礎(chǔ)，并且開關(guān)器件承受的電壓只有輸出電壓的1／2，降低了對(duì)開關(guān)管的選型要求。在此基礎(chǔ)上提出一些新的雙開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以控制。
1．2 過(guò)程分析
由上述分析，上、下半橋可作為獨(dú)立結(jié)構(gòu)分析。以上半橋?yàn)槔刃щ娐穲D如圖2所示。

由三相電壓的對(duì)稱特性，每2π／3的區(qū)間里，只有一相正相電壓最大，如果能使每相的瞬時(shí)電流在2π／3的區(qū)間里跟蹤其最大相電壓，即可實(shí)現(xiàn)最大程度的電流校正。根據(jù)這樣的思路，現(xiàn)分析[π／6～5π／6]中a相電流的變化，因?yàn)檫@段區(qū)間Ua最大，可分3個(gè)階段分析。

第1階段[π／6～π／3]，Ua>Uc>O，在t0時(shí)刻開通S1，a相和c相電感同時(shí)充電，導(dǎo)通時(shí)間ton，這段時(shí)間的等效電路如圖3所示。由于開關(guān)器件載波頻率遠(yuǎn)大于工頻，因此對(duì)于S1開關(guān)周期電路分析可將三相電源等效為對(duì)應(yīng)的直流電壓源。基于此假設(shè)可知，載波頻率越高，電流波形越接近推理結(jié)果。此時(shí)的a相電流參見式(1)：

式中：ILc(t0)為c相電流初值。在t1時(shí)刻關(guān)斷S1，電壓源和儲(chǔ)能電感共同向負(fù)載提供能量，電感電流下降，由于Uc較小，iLc的下降率更大。該段時(shí)間的等效電路如圖4所示。此時(shí)a相的電感電流參見式(3)：