三相五电平VIENNA的工作原理

三相五电平VIENNA

该拓扑与传统三相三电平VIENNA主要区别是每相都有一个三态开关电路。所谓三态开关中的“三态”，就是指每相都会有三种开关状态或者工作状态，同时会在桥臂端口Vx点的位置形成五种电平状态，因此也称三相无中线五电平Vienna电路，而传统三相Vienna则为两种状态、三种电平。以其中A相桥臂为例，如图3.1，三态开关的具体来源如下：假设耦合变压器为理想变压器，工作在50Hz工频的正半周期，有四个开关状态(1)到( 4)，对应图中(a)到(d)：

(1) 当Q1~Q4均导通时，A1、A2均为ON态，VA=(VA1+VA2)/2=Vmid，即零电平;

(2) 当Q1~Q2导通，Q3~Q4截止时，A1为ON态、A2为OFF态，VA=(VA1+VA2)/2=1/2Vo，即1/2电平;

(3) 当Q3~Q4导通，Q1~Q2截止时，A2为ON态、A1为OFF态，VA=(VA1+VA2)/2=1/2Vo，即还是1/2电平;

当Q1~Q4均截止时，A1、A2均为OFF态，VA=(VA1+VA2)/2=Vo，即1电平;

(a) A1、A2均为ON态

(b) A1为ON、A2为OFF态

(c) A1为OFF、A2为ON态

(d) A1、A2均为OFF态

同理对于工频负半周期，就有-1、-1/2与0电平。因此VA共有+/-Vo、+/-0.5Vo、0五种电平出现，这使得相比三电平电路，每一相的电感在开关侧的电位更加接近正弦波，因此能够形成正弦度更好的输入电流波形，如图3为三态开关拓扑，从PFC电感、耦合电感的开关侧(即VA、VA1/VA2)来看，实现的三电平和五电平波形。

图3 三态开关实现五电平电路

总结：

1. 该拓扑在三相无中线三电平VIENNA的基础上，每相通过一个三态开关电路(包含一个PFC电感加一个自耦合变压器)将一路功率分为两个的功率支路，可实现两个支路功率的自动均流，这种交错并联方式可适用于大功率应用场合。(不希望开关管超过2个，动态均流不好做，也是一个选择该拓扑的原因。)

2. 该拓扑的两个功率支路开关相差为180度，实现了PFC电感电流纹波的近似倍频，可在三相三电平VIENNA基础上进一步降低器件开关损耗降、输入电流纹波、减小滤波器体积，提高功率密度和效率;同时也促成了每相的三种开关状态和五种电平模式(因此也称三相三态开关VIENNA或称三相五电平VIENNA电路)，五电平比三电平的阶梯形更接近正弦波，更有利于降低输入电流谐波失真度。