三相双开关PFC电路分析及在CCM模式下的控制策略

A(active power factor correction)技术就是用有源器件取代整流中的无源器件或在整流器与负载之间增加一个功率变换器，将整流输入电流补偿成与电网电压同相的正弦波，消除谐波及无功电流，提高了电网功率因数和电能利用率。从解耦的理论来看，技术可以分成不解耦、部分解耦PFC以及完全解耦三相PFC三类。全解耦的三相PFC，如6全桥，具有优越的性能，但是算法复杂，成本高。单的三相boost升压型PFC工作在DCM下，属于不解耦三相PFC，由于它的成本低，容易而得到广泛应用，但是开关器件电压应力大，电源容量难以提高，只适用于小功率场合。部分解耦的三相PFC电路具有低成本、高效的特点，具有广阔的应用前景。三相双开关电路就是典型的部分解耦PFC电路。本文针对该电路的工作原理和进行了仿真和实验。

1 三相双开关PFC电路下的工作原理
1．1 主电路结构
电路将三相交流电的中性线与2个串联开关管S1，S2的中点以及2个串联电容C1，C2的中点相连接，构成三电平(正、负电压和零电压)结构，2个串联电容分别并联平衡电阻R1，R2，使上、下半桥作用于电容C1，C2的输出电压相等。电路结构如图1所示。

由于中性线的存在，上下半桥相互独立，形成部分解耦的基础，并且开关器件承受的电压只有输出电压的1／2，降低了对开关管的选型要求。在此基础上提出一些新的双开关拓扑结构，但结构复杂，难以控制。
1．2 过程
由上述，上、下半桥可作为独立结构。以上半桥为例，等效电路图如图2所示。

由三相电压的对称特性，每2π／3的区间里，只有一相正相电压最大，如果能使每相的瞬时电流在2π／3的区间里跟踪其最大相电压，即可实现最大程度的电流校正。根据这样的思路，现分析[π／6～5π／6]中a相电流的变化，因为这段区间Ua最大，可分3个阶段分析。

第1阶段[π／6～π／3]，Ua>Uc>O，在t0时刻开通S1，a相和c相电感同时充电，导通时间ton，这段时间的等效电路如图3所示。由于开关器件载波频率远大于工频，因此对于S1开关周期电路分析可将三相电源等效为对应的直流电压源。基于此假设可知，载波频率越高，电流波形越接近推理结果。此时的a相电流参见式(1)：

式中：ILc(t0)为c相电流初值。在t1时刻关断S1，电压源和储能电感共同向负载提供能量，电感电流下降，由于Uc较小，iLc的下降率更大。该段时间的等效电路如图4所示。此时a相的电感电流参见式(3)：