数据说话 两种三相无源PFC电路仿真数据简析

三相无源PFC电路是一种在大功率电源设计过程中常见的电路结构，能够通过其功率因数矫正的独特优势，为电源系统提供较高的转换效率。在今天的文章中，我们将会就两种常见的三相无源PFC电路进行仿真测试，并进行数据分析。下面就让我们一起来看看这两种无源PFC电路的仿真数据结果究竟是什么样子的吧。

桥后采用电抗器的三相无源PFC电路

首先来看桥后采用电抗器的三相无源PFC电路，这种三相无源PFC电路是目前常见的PFC电路结构之一，常见于工业领域的开关电源设计中。桥后采用电抗器的三相无源PFC电路的拓扑结构如下图图1所示，这种电路的独有特点是在原有三相不控整流电路的整流桥后负载之前串联一个电抗器。

图1 桥后采用电抗器的三相无源PFC电路

在了解了这种三相无源PFC电路的电路结构后，接下来我们来看一下这种功率因数校正电路的仿真测试结果。在测试中，我们选择利用Matlab仿真软件对电路进行仿真，其中解算选项为：最大步长是le-5，，相对精度为le-3，算法选择ode23t，仿真时间设为1s，其它选项默认。这里需要说明，下文中所介绍的另一种PFC电路仿真也采用这样的设置，因此在下文中不再重复叙述。

在利用软件对桥后采用电抗器的三相无源PFC电路进行仿真测试时，我们所设置的仿真参数为：输入相电压有效值Ui=220V/50Hz，输出滤波电容C=1800μF，负载R=50Ω。电感L=10mH。所得出的仿真结果如下图图2所示，下图图3为输入电流的谐波分析图。从图中可以看出，整流桥后串联电抗器与未串联电抗器相比，电流波形改善非常明显，通过测量求得功率因数值0.849。在负载相同的情况下，功率因数的增加值接近0.393，因此，整流桥后串联电抗器能很大程度的提高功率因数。

图2 桥后采用电抗器的三相无源PFC电路输入电压电流波形

图3 桥后采用电抗器的三相无源PFC电路输入电流谐波分析

桥前采用LC滤波器的三相无源PFC电路

在了解了桥后采用电抗器的三相无源PFC电路的仿真结果和电路拓扑结果后，下面我们再来看一下另一种常见的无源PFC电路的仿真研究情况。桥前采用LC滤波器的三相无源PFC电路，是另外一种大功率电源结构中常见的电路形式，其拓扑结构如下图图3所示，其显著特点是分别在原有三相全桥整流电路的交流输入侧加无源滤波器电感和电容，其三相交流输入端每相分别串联滤波电感，输入滤波电容采用三角形接法。

图4 桥前采用LC滤波器的三相无源PFC电路

在了解了桥后采用电抗器的三相无源PFC电路的拓扑结构之后，接下来我们再利用Matlab仿真软件对其进行仿真测试。在本次测试中，我们的主要仿真参数设置为输入电压Ui=220V/50Hz，输入滤波电容参数C1=C2=C3=50μF，输入滤波电感参数L1=L2=L3=10mH，三相整流桥输出滤波电容C=1800μF，负载电阻R=50Ω。

下图中，图5所给出的是输入相电压Ui和相电流Ii的仿真波形，下图图6为输入电流的谐波分析图。通过测量求得功率因数值为0.794总的谐波失真率THD=21.7%。通过仿真后发现，在交流输入端加一个LC无源滤波器，降低了输入相电流的THD值，提高了电路的功率因数；增大滤波电容C，将导致相电流基波相位超前相电压的角度增大，三相交流输入端呈容性，整流输出电压增高，导致后级DC/DC变换器的开关管电压应力增大。同时增大滤波参数L和C，虽能降低电路的THD值，提高电路的功率因数值，使其最大值能达到0.998，但整流输出电压大幅增高。

图5 桥前采用LC滤波器的三相无源PFC电路输入电压电流波形

图6 桥前采用LC滤波器的三相无源PFC电路输入电流谐波分析

以上就是本文针对两种三相无源PFC电路所进行的拓扑和仿真结果分析，希望通过本文的分享，能够对各位工程师的设计研发工作提供一定的帮助。