1 前言

傳統(tǒng)三相PFC電路，開關(guān)器件數(shù)量多、電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高；開關(guān)管承受的電壓應(yīng)力大、存在橋臂直通風(fēng)險、可靠性較差；輸入電流諧波大、功率因數(shù)低，不僅污染電網(wǎng)，還會影響其他設(shè)備正常運行。

為了解決傳統(tǒng)三相功率因數(shù)校正（PFC）技術(shù)的痛點。三相Vienna PFC 拓撲在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進行了針對性優(yōu)化：采用無橋設(shè)計減少開關(guān)器件，簡化電路并降低成本；通過鉗位結(jié)構(gòu)將開關(guān)管電壓應(yīng)力限制在輸入電壓的一半，提升可靠性；同時大幅降低電流諧波、提高功率因數(shù)，滿足電網(wǎng)對清潔用電的要求。

三相Vienna PFC 作為一種高效的功率因數(shù)校正技術(shù)，在多個領(lǐng)域展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。它被廣泛應(yīng)用于電動汽車充電樁、工業(yè)電源系統(tǒng)、可再生能源電路系統(tǒng)、服務(wù)器電源、通信電源系統(tǒng)等場景，助力優(yōu)化電力轉(zhuǎn)換質(zhì)量。該技術(shù)優(yōu)點突出，峰值效率可達 98% 以上，輸入電流總諧波失真低（小于 2%），且結(jié)構(gòu)相對簡單、開關(guān)器件少，開關(guān)管電壓應(yīng)力低、無橋臂直通風(fēng)險，可靠性高，是電力電子拓撲中兼具效能與穩(wěn)定性的理想選擇。

2 三相Vienna PFC原理

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn) EN/IEC 61000-3-2:2019+A1:2021對電流諧波的要求，設(shè)備可分為四類：A、B、C和D，并指定了它們各自的諧波電流限值。表1討論的平衡三相交流輸入系統(tǒng)為A類設(shè)備的諧波電流限制。

表1中，IEC主要設(shè)定至第 40 次諧波振幅限值，這些諧波振幅被視為絕對值，與基波電流振幅無關(guān)。該標(biāo)準(zhǔn)未規(guī)定總諧波失真的限制。然而，三相有源PFC的典型設(shè)計目標(biāo)是實現(xiàn)低于5%的iTHD[1]。

無源 PFC拓撲與三種常用的有源 PFC拓撲進行比較，如表2所示。

三相Vienna PFC電路和工頻工作區(qū)劃分[2]如圖1、圖2所示。

開關(guān)S1、S2記為Sa，開關(guān)S3、S4記為Sb，開關(guān)S5、S6記為Sc。

以區(qū)域III工作區(qū)為例[3]分析，如圖3所示

圖 3a，雙向開關(guān)狀態(tài) Sa、Sb、Sc為(000)，對應(yīng)電平狀態(tài)為(PPN)，雙向開關(guān)管Sa、Sb、Sc均關(guān)斷，電源經(jīng)過電感L和電阻R，向電容 C1 和 C2,充電。

圖 3b，雙向開關(guān)狀態(tài) Sa、Sb、Sc為(001)，對應(yīng)電平狀態(tài)為(PPO)，雙向開關(guān)管 Sa、Sb 關(guān)斷、Sc導(dǎo)通，電源經(jīng)過電感L和電阻 R，向電容C1充電，電容C2放電。

圖 3c，雙向開關(guān)狀態(tài) Sa、Sb、Sc為(010)，對應(yīng)電平狀態(tài)為(PON)，雙向開關(guān)管 Sa、Sc 關(guān)斷、Sb導(dǎo)通，電源經(jīng)過電感L和電阻 R，向電容C1和 C2充電。

圖 3d，雙向開關(guān)狀態(tài) Sa、Sb、Sc為(011)，對應(yīng)電平狀態(tài)為(POO)，雙向開關(guān)管 Sa 關(guān)斷、Sb、Sc導(dǎo)通，電源經(jīng)過電感L和電阻 R，向電容 C1充電，電容C2放電。

圖 3e，雙向開關(guān)狀態(tài)Sa、Sb、Sc為(100)，對應(yīng)電平狀態(tài)為(OPN)，雙向開關(guān)管Sb、Sc關(guān)斷、Sa導(dǎo)通，電源經(jīng)過電感L和電阻 R，向電容 C1和 C2充電。

圖 3f，雙向開關(guān)狀態(tài)Sa、Sb、Sc為(101)，對應(yīng)電平狀態(tài)為(OPO)，雙向開關(guān)管 Sa、Sc導(dǎo)通、Sb關(guān)斷，電源經(jīng)過電感L和電阻 R，向電容 C1充電，電容C2放電。

圖 3g，雙向開關(guān)狀態(tài)Sa、Sb、Sc。為(110)，對應(yīng)電平狀態(tài)為(OON)，雙向開關(guān)管 Sa、Sb導(dǎo)通、Sc關(guān)斷，電源經(jīng)過電感L和電阻 R，向電容C2充電，電容C1放電。

圖 3h，雙向開關(guān)狀態(tài)Sa、Sb、Sc為(111)，對應(yīng)電平狀態(tài)為(OOO)，雙向開關(guān)管Sa、Sb、Sc均導(dǎo)通，電容C1和C2放電。

3 基于PSIM三相Vienna PFC仿真實現(xiàn)

TI為熱泵和高功率三相空調(diào)系統(tǒng)提供了具有成本效益的 Vienna PFC解決方案，該解決方案能夠處理高達 10kW的輸入功率。框圖如圖4所示。

仿真參數(shù)如下，仿真結(jié)果如圖5、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10所示。

輸入：380VAC，50Hz

輸出：800VDC，15kW

4  參考文獻

[1] 如何通過 Vienna PFC 滿足三相交流輸入系統(tǒng)對功率因數(shù)和 iTHD 的嚴(yán)格要求

[2] 面向大功率直流充電樁應(yīng)用的三相VIENNA整流器控制研究

[3] 三相三線制Vienna整流器控制策略研究

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