三.工作原理
1. 主电路的开关状态
三相交流电压波形如图6所示,U.V.W各相差120度
图6 三相交流电压波形
通过主电路可以看出,当每相的开关Sa、Sb、Sc导通时,U、V、W连接到电容的中点O,电感La、Lb、Lc通过Sa、Sb、Sc充电,每相的开关关断时,U、V、W连接到电容的正电平(电流为正时)后者负电平(电流为负时),电感通过D1-D6放电,以0~30度为例,ia、ic大于零,ib小于零。
每个桥臂中点有三种状态,三个桥臂就是3^3=27种状态,但不能同时为PPP和NNN状态,故共有25种开关状态;如下图:
2. 主电路发波方式
主电路的工作状态与发波方案有比较大的关系,采用不同的发波方案会在每个周期产生不同的工作状态。一般Vienna拓扑采用DSP数字控制,控制灵活,可移植性强。
(1)采用单路锯齿波载波调制电流环控制器输出的调制信号被馈送给锯齿波载波,如图7所示,保持恒定的开关频率;在0~30度这个扇区内,每个周期产生4个开关状态,由于波形不对称,电流波形的开关纹波的谐波比较大;采用该种方式进行调试,桥臂中点线电压的最大步进是2Ed(Ed为母线电压的一半,400V);
图7锯齿波载波方式
(2)采用相位相差180度的高频三角载波,如图8所示,当对应的输入电压是正半周的时候,采用Trg1,当对应的输入电压是负半周的时候采用Trg2,每个周期产生8个开关状态,与传统的控制方案产生4个开关状态相比,8个开关状态相当于频率翻倍,减小了输入电流的纹波,对THD指标有好处;
图8三角波载波方式
三角波载波方式仿真波形如图9所示:
图9三角波载波方式仿真波形
3. 工作状态
上面我们提到,三相三电平PFC可以看作是三个单相的PFC,每个单相相当于由两个Boost电路组成,在交流电压的正负半周交替工作,正半周如下所示:
图10单相ON-OFF电流波形
以a相为例,驱动信号为高时,则开关管Q1导通(交流电压的正半周)或者Q2导通(交流电压的负半周);驱动信号为低时,开关管Q1和Q2都关断。电压正半周时,a相上桥臂二极管导通;电压负半周时,a相下桥臂二极管导通。
通过上面的分析,采用移相180度的三角载波进行调制,在0~30度的扇区内有8种开关状态,4种工作模式ONO,ONP,OOP,POP。
ONO工作模式:a相和c相导通,b相截至,U和W电压为0,V点电压-400V;该工作状态只给C2进行充电;
图11 ONO开关状态
ONP工作模式:a相导通,b相和c相截至;U点电压为0,V点电压为-400V,W点电压为+400V;
图12 ONP开关状态
OOP工作模式:U和V点电压为0,W点电压为+400V;
图13 OOP开关状态
POP工作模式:U和W点电压为+400V,V点电压为0,该工作模式只给C1进行充电;
图14 POP开关状态
当然,这只是在0~30度扇区的工作状态,其实在整个工频周期,是有25个工作状态的,具体见我上面发的开关状态附件。ONO和POP这两种工作模式只给C1或C2充电的状态对后面母线电压均压起决定性的作用。