三相单级PFC-LLC仿真分析

描述

电路来源如下专利文件,第一发明人为李想博士。

波形

本文来对这个电路进行仿真,看看实际波形是什么样子。

基本参数:三相交流有效值220Vac,交流频率50Hz,LLC谐振频率100kHz,输出500V/10kW

主功率电路如下,LLC是T-type三电平全桥。

输入端交流线上的三个电感量是uH级,用来抑制LLC的高频开关电流。双向开关右侧的三个电容为uF级,用来吸收LLC的高频开关电流。此电路无需大容量的母线电解电容,也没有稳定的母线电压(相比两级拓扑)。

波形

控制部分的简图如下,有三个环路。

波形

交流端的电路看起来和Vienna拓扑一样(但无母线电解电容),这里不同的是三组双向开关均为工频动作。和Swiss Rectifier工作一样,相电压最大的一相连接的上二极管导通,相电压最小的一相连接的下二极管导通,相电压是中间值的一相对应连接的双向开关导通。波形如下,这样在每时每刻交流三相线均对应和T-type全桥LLC的三个输入端子相连接,成为LLC的输入电压。

波形

LLC一方面控制输出电压/电流稳定,另一方面控制其端口输入电流平均值跟随其端口输入电压,这样交流输入电流就由12段正弦形状拼接成正弦波形。

开环仿真,波形如下,谐振电流存在明显的低频包络(调制效应)

波形

在Vsw峰值处,将上图展开,对应LLC工作在Region1

波形

在Vsw谷值处,将上图展开,对应LLC工作在Region2

波形

闭环仿真,闭环后波形总体与开环无差异,在交流电压30度扇区分界点附近,交流电流的纹波,比开环要大点。

波形

将LLC换成I-type三电平全桥,主功率电路如下

波形

闭环仿真,闭环后波形总体与T-type无差异,在交流电压30度扇区分界点附近,交流电流的纹波比较明显。

波形

在Vsw峰值处,将上图展开,对应LLC工作在Region1

波形

在Vsw谷值处,将上图展开,对应LLC工作在Region2

波形

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