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一. 序言
二. 主电路的组成
- 主拓扑
- 等效电路
三. 工作原理
- 主电路的开关状态
- 主电路发波方式
- 工作状态
四.器件应力的分析
- PFC电感应力
- MOSFET和二极管应力
五.控制方案
六.控制地的选择
七.母线均压原理的分析
八.原理仿真
- 输入电流
- 各点电压波形
九.环路分析及数字化
- 工作原理
- PFC电流环
- 电压环
- 母线电压偏压环
- 补偿器的数字化
一.序言
最近这几年充电模块是热门，从最开始的7.5kW、10kW到后面的15kW、20kW甚至30kW，功率等级不断的提高。现在市场上的大功率充电模块绝大部分都是三相输入，PFC部分也基本都是采用的三相无中线Vienna结构的拓扑。结合Microchip的MCU和功率半导体，和大家分享一下。由于本人水平有限，也难免会有一些个人见解有误的地方，希望和大家一起探讨交流。
二.主电路的组成
1. 主拓扑
如图1所示，主拓扑是三相Vienna PFC拓扑的主电路：
图1三相三电平Vienna主拓扑结构
- 三相二极管整流桥，使用超快恢复二极管或SiC二极管；
- 每相一个双向开关，每个双向开关由两个MOS管组成，利用了其固有的反并联体二极管，共用驱动信号，降低了控制和驱动的难度。相比其他组合方案，具有效率高、器件数量少的有点；
- 电流流过的半导体数量最少：以a相为例，双向开关Sa导通时，电流流过2个半导体器件，euo=0，桥臂中点被嵌位到PFC母线电容中点；双向开关关断时，电流流过1个二极管，iu>0时euo=400V， iu<0时euo=-400V，桥臂中点被嵌位到PFC正母线或负母线。
图2单相电流路径
电路的工作方式靠控制Sa、Sb、Sc的通断，来控制PFC电感的充放电，由于PFC的PF值接近1，在分析其工作原理时可以认为电感电流和输入电压同相，三相电平衡，并且各相差120度。
1. 等效电路
- 三相三电平Boost整流器可以被认为是三个单相倍压Boost整流器的Y型并联；
- 三个高频Boost电感，采用CCM模式，减少开关电流应力和EMI噪声；
- 两个电解电容构成电容中点，提供了三电平运行的条件。
图3单相整流电路
图4主电路等效电路
根据等效电路，各参数表达式如下：
注：这个eun的表达式非常重要，是后面很多公式计算的基础，推导如下。
将如图1所示的主电路进行等效：
图5电路等效图
列出电路的平衡方程，其中三相平衡下：
在任意时刻：
化简得到：
因此：
其中Vuo，Vvo，Vwo，是三相端点A，B，C的电压， L＝La=Lb=Lc。