三相PFC整流器在输入电压不对称时的改进

　　1 引言

　　三相 PFC 整流器的控制主要有半解耦和全解耦两大类，主流的控制算法有基于 d-q 解耦的空间矢量调制，迟滞比较算法和单周期控制等。空间矢量调制要求对输入电压进行d-q 解耦控制算法复杂，需采用数字信号处理器DSP 才能实现。而迟滞比较算法的开关频率不恒定，对输入和输出的干扰比较大，需要比较大的电感和电容作为滤波元件。

　　分析了基于单周期控制技术的双并联升压型三相 PFC 整流器在电网电压不对称时输入电流跟踪输入电压不良的问题，提出了一种有效的改进措施，通过计算相电压不对称系数，对占空比计算公式进行修正，以消除不对称电压对输入电流波形跟踪不良的影响，使每相电流均和各自的电压同相，从而实现单位功率因数和低电流畸变。在任意时刻，该整流器只需要两个开关管工作在高频状态，从而使开关管的总体损耗程度进一步降低。最后通过硬件实验验证了该控制策略的正确性。

　　2 系统结构和状态方程

　　图 1 给出了双并联升压型三相整流器的主电路原理图。另外，图2 还给出了输入电压b 相幅值减少20% ,c 相相位滞后30 °时三相电压的波形，并按虚线划分为六个区间。须注意的是，输入电压不对称的情况不同，其分区点也可能不同，分区点由各相非零序电压瞬时最大幅度区分点所确定。依据六阶段PWM 控制技术原理，三相整流器可以通过在线性周期的每一区间内控制两个开关的通断来实现单位功率因数。

　　

 

　　图1 双并联升压型三相整流器主电路拓扑图

　　

 

　　图2 b相幅值减小20% ，c相滞后30 ° 时三相电压的波形图

　　在开始详细分析前，假设输入电压为正弦波，三相电路参数对称，功率元器件的正向阻抗和其他寄生参数忽略不计。以图1 的主电路输入如图2 所示的电压为例，在区间I 内，开关Sb 一直处于导通状态，只对开关Sa 和Sc 进行控制，此时三相整流器可以解耦为如图3 所示的双并联升压型拓扑结构。

　　图中 Vp 、Vn 为不同区间所对应的电压，Lp、 Ln 和Lt 为不同区间所对应的电感，Tp、 Tn 为不同区间所对应的主控开关，dp 、dn 为主控开关的占空比。由于PWM 开关频率远高于电网频率，因此，在一个开关周期内，各电感的电压平均值为零，运用回路电流法和节点电压法对各种开关状态进行分，析可得出：

　　

 

　　和

　　

 

　　从而推导出

　　

 

　　其中

　　

 

　　可以证明，式1 在任意区间的两种开关顺序都成立，并且只要电路工作在连续导通的模式，该等式即能准确反映出稳态电路的输入电压、输出电压和占空比三者之间的固定关系，与所采用的控制方案无关。因此式1 即为该整流器的状态方程。