三相三电平PFC电路的工作原理

图 1 三相无中线三电平PFC拓扑图

电路图说明：

1. A1、B1、C1是三相交流输入，L110、L111、L112是Boost电感，Q100～Q105是PFC MOS管，D101～D108是续流二极管，C114/C128是正负母线电容。三相交流输入电压经过开关管和续流二极管，以及PFC母线电容的处理后，输出为直流电压+400P和-400P。

2. 开关变换电路的输入端有三种电平 ＋400P、-400P和0，开关管承受的最大电压为400V，只有总母线电压的一半，但是为了实现双向开关双向控制，所以采用了两个600V的MOS管进行对顶；但是续流二极管最大需要承受800V总母线电压，所以我们选用1200V的diode；电压输出电平增多，谐波含量小，更接近正弦波；dv/dt减小，电磁干扰减轻；同样的谐波含量下，开关频率降低，效率提高。

3. 相同Boost电感下，输入纹波电流比单相PFC要小，也就是说，按照一定的纹波要求设计电感时，三电平的电感可以设计得比较小。

工作原理简介

三相三电平PFC可以看作三个单相PFC，每个单相相当于由两个Boost电路组成，在交流电压的正负半周交替工作，示意图如图（图 五‑1）所示。

以a相为例，驱动信号为高时，则开关管Q1导通 （交流电压的正半周）或者Q2导通（交流电压的负半周）；

驱动信号为低时，开关管Q1和Q2都关断。电压正半周时，a相上桥臂二极管导通；电压负半周时，a相下桥臂二极管导通。

图 五 1 三种PFC拓扑(Boost, Buck, Vienna)的功率流路径

控制框图

三相三电平PFC的控制框图如图（图 五‑2）所示，采用电压外环和电流内环的双环控制，电压环得到稳定的直流母线电压，供后级电路使用；电流环得到接近正弦的输入电流，满足THD和PF的要求。

具体来说，母线电压给定值Vref和实际值(E1+E2)的误差经过电压控制器后，乘以输入电压波形，作为交流电流给定值；交流电流给定值和实际值的误差经过电流控制器后，通过高频三角波调制，控制开关管的导通时间和次序，即控制流过开关管和二级管的电流，经过这种闭环控制，就得到合适的母线电压和交流输入电流。电压外环和电流外环的控制器采用的是PI调节器，可以根据需要调节控制器的零极点。

图 五 2 三电平PFC控制框图