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。
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?，等效電路圖如圖2所示。
由三相電壓的對稱特性，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，因此對于S1開關(guān)周期電路分析可將三相電源等效為對應(yīng)的直流電壓源?；诖思僭O(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)：
式中：ILa(t1)為a相電流初值，U01為上半橋輸出電壓。
同理，c相電流參見式(4)：
式中：ILc(t1)為c相電流初值。
由以上公式推理可得iLa和iLb的波形如圖5所示。由于電流的連續(xù)模式，a相電感放電階段不會回零，且變化斜率由相電壓幅值決定，如式(1)、式(3)所示。由于單相電路等效為Boost電路，當(dāng)電路運(yùn)行在CCM模式，占空比計(jì)算如式(5)所示：
式中：Uo1是上半橋的輸出電壓。
第2階段[π／3～2π／3]，正相電流只有a相，所以開關(guān)的通斷只會引起iLa的變化。
第3階段[2π／3～5π／6]，a相和b相電壓為正，開關(guān)的通斷會引起iLa，iLb的變化。電路分析過程均和第一階段類似。通過上面的分析可知。在[π／6～5π／6]控制a相的電流跟隨其最大相電壓，既可以使a相的電流得到最大的補(bǔ)償，又可以使相鄰相的電流得到一定補(bǔ)償。這種控制方法簡單，可行性高，但由于電路處于部分解耦狀態(tài)，在第l(或3)階段無法對c(或b)相進(jìn)行獨(dú)立控制，補(bǔ)償效果并不理想，如何優(yōu)化控制以減小c(或b)電流諧波仍有待解決。