三电平三相VIENNA PFC基本原理


三电平三相VIENNA结构具有元件数量少、各相驱动信号不需要死区时间的优点,广泛应用于大功率电源的PFC中,如电动汽车充电桩,工业电源。


图1:电动汽车充电桩


图2:三电平三相VIENNA PFC电路


1、基于单相PFC向三电平单相VIENNA PFC结构的演变


图3的电路结构为正、负半周分别控制的单相PFC,经常应用于在线式UPS。


图3:正、负半周分别控制的单相PFC


图4:正、负半周电路各加二个单向导通二极管


图5:正、负半周电路的电感换位


图6:输入电感合并


图7:图形调整


图8:图形调整


电路工作在负半周,B点左边输入二极管反偏,B、B1连接在一起不影响电路的工作。


电路工作在正半周,Q1导通,B、B1点均为地电位;Q1关断,B点为高电位,B1点右边二极管反偏,B、B1连接在一起不影响电路的工作,因此,B、B1点可以连接在一起。同样,C、C1也可以连接在一起。


B、B1点合并,同时C、C1点合并后电路图所图9所示。


图9:B、B1点合并,C、C1点合并


图10:MOSFET合并


经过上面的变形,就形成的基本的单相三电平VIENNA PFC。三个单相三电平VIENNA PFC组合在一起,就组成三相三电平VIENNA PFC。


2、单相三电平VIENNA PFC工作原理


单相三电平VIENNA PFC工作原理有4个模式,分析如下。


2.1、A相为正电流,ua>0


(1)、模式1:Sa开通,VF=VM,A相电流ia的方向为:
N-La-Da1-Sa-Da2-M
ia>0

uLa=ua>0


图11:模式1


(2)、模式2:Sa 关断,VFM=Vdc/2,A相电流ia的方向为:

N-La-Da1-Da5-C1-M
C1充电。


图12:模式2


2.2、A相为负电流,ua<0


(3)、模式3:Sa开通,VF=VM,A相电流ia的方向为:

M-Da3-Sa-Da2-La-N
ia<0

uLa=ua<0


图13:模式3


(4)、模式4:Sa 关断,VFM=-Vdc/2,A相电流ia的方向为:

M-C2-Da6-Da4-La-N
C2充电


图14:模式4


三相三电平VIENNA PFC的功率MOSFET开通和关断波形如图15、图16所示,测量条件:Vac=380Vac,Vo=750V,Io=20A。


图15:开通波形


图16:关断波形


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