六.控制地的選擇
在傳統(tǒng)的單相有橋PFC中，一般把PFC電容的負(fù)極作為控制AGND，因?yàn)樵擖c(diǎn)的電壓通過整流橋跟輸入的L、N相連。當(dāng)輸入為正半周的時(shí)候，AGND為整流橋鉗位在N線；當(dāng)輸入負(fù)半周的時(shí)候，AGND被整流橋鉗位在L線；所以母線電容的負(fù)極地AGND（相當(dāng)于PE）是一個(gè)工頻的變化，由于輸入一般都是50Hz的交流電，所以相對(duì)還是比較穩(wěn)定的，可以作為控制電路的控制地。但是相比較Vienna PFC就不一樣了，母線電容的中點(diǎn)相對(duì)與工頻電壓中點(diǎn)（PE）是一個(gè)開關(guān)級(jí)的5電平高頻變動(dòng)的電平：±2/3Vo、0、±1/3Vo（這里的Vo代表母線電壓的一半，典型值400V，5電平是如何產(chǎn)生的請(qǐng)參考開關(guān)狀態(tài)附件的eon），如果以如此大的高頻波動(dòng)去作為控制地的話，那么噪聲和共模干擾就會(huì)非常的大，可能會(huì)導(dǎo)致采樣電壓和驅(qū)動(dòng)不準(zhǔn)確，嚴(yán)重影響到電路的可靠性。
電容中點(diǎn)的高頻變化不能作為控制地，那怎么辦？我們是否可以構(gòu)建一個(gè)虛擬的地來作為控制地AGND？我們可以在三相輸入之間通過分壓電阻相連，采用Y型接法產(chǎn)生虛擬地，繼而作為控制地。不過構(gòu)建了這個(gè)控制地后，那么其他所有的采樣、驅(qū)動(dòng)都要以差分和隔離的方式相對(duì)于這個(gè)控制地來工作。采用這種方法，輸出電容中點(diǎn)O與控制地AGND分開了，避免了高頻劇烈變動(dòng)帶來的干擾。
圖18控制地AGND
這樣做是不是完美解決了控制地的問題？在實(shí)際工作過程中，AGND依然存在劇烈的波動(dòng)，并不是我們想象的那么平靜，AGND跟隨著O在劇烈的波動(dòng)，AGND的峰峰值非常的大。
如何解決？其根本原因是AGND 和O之間存在采樣電阻的連接（輸出電壓的采樣），而AGND跟PE之間又存在Y電容連接，在O點(diǎn)的高頻信號(hào)作用下，AGND自然就被迫分擔(dān)一定比例的電壓。解決方案是在AGND與PE之間增加一個(gè)低阻通路來降低阻抗，承擔(dān)一定的電壓來降低AGND-PE的紋波電壓。
七.母線均壓原理的分析
我們知道，三相Vienna PFC拓?fù)涞哪妇€電壓800V是由兩個(gè)電容C1和C2串聯(lián)進(jìn)行分壓，電容中點(diǎn)的電位O由電容的充放電決定，兩個(gè)電容的電壓應(yīng)該保持均衡以保持真實(shí)的三電平運(yùn)行條件。否則輸出電壓可能包含不期望的諧波，甚至?xí)绊懙诫娐返耐耆?。三相三電平PFC正負(fù)母線的均衡度會(huì)影響PFC的性能：
- 輸入電流THD；
- 功率開關(guān)管和二極管的應(yīng)力（本身以及后級(jí)功率電路）；
- 動(dòng)態(tài)時(shí)母線電容容易過壓；
電容中點(diǎn)的電位偏差與PFC正負(fù)母線電容的充放電過程相關(guān)，通過附件開關(guān)狀態(tài)可以看出，a組和z組工作狀態(tài)沒有電流流入或流出電容中點(diǎn)，因此兩個(gè)電容的充放電是一樣的，不會(huì)產(chǎn)生偏壓。只有b、c、d組的開關(guān)狀態(tài)才會(huì)影響到PFC母線電容充放電的差異，產(chǎn)生偏壓。
根據(jù)前面的工作原理分析，POP工作狀態(tài)只給電容C1進(jìn)行充電，ONO工作狀態(tài)只給電容C2進(jìn)行充電，故可以根據(jù)這兩個(gè)工作狀態(tài)來控制中點(diǎn)電位，在控制中可以調(diào)節(jié)ONO和POP兩個(gè)工作狀態(tài)的作用時(shí)間來進(jìn)行均壓。
圖19 C2充電
圖20 C1充電
這個(gè)時(shí)候可以在整個(gè)控制環(huán)路中添加一個(gè)偏壓環(huán)，用于調(diào)節(jié)ONO和POP的作用時(shí)間，來進(jìn)行母線電壓的均壓作用。
具體實(shí)施方：是分別對(duì)正母線和負(fù)母線進(jìn)行采樣，然后得出差值（直流分量），該差值經(jīng)過偏壓環(huán)的補(bǔ)償器調(diào)節(jié)之后疊加到輸入電流參考正弦波，經(jīng)過精密整流后變換為幅值有差異的雙半波作為電流環(huán)的給定，以此來改變ONO和POP的作用時(shí)間，改善PFC母線均壓。
圖21偏壓給定
如圖22所示，compa、compb和compc分別是每相的電流環(huán)計(jì)算出來的結(jié)果，以0~30度扇區(qū)為例，當(dāng)正母線相對(duì)于中點(diǎn)的電壓低于負(fù)母線時(shí)，正半波的給定變小，負(fù)半波的給定變大，POP工作狀態(tài)的時(shí)間變長(zhǎng)，給正母線電容的充電時(shí)間變長(zhǎng)；ONO工作狀態(tài)的時(shí)間變短，給負(fù)母線電容的充電時(shí)間變短。當(dāng)正母線相對(duì)于中點(diǎn)的電壓高于負(fù)母線時(shí)，正半波的給定變大，負(fù)半波的給定變小，POP的作用時(shí)間變長(zhǎng)，給正母線電容充電的時(shí)間變短，ONO的作用時(shí)間變長(zhǎng)，給負(fù)母線的充電時(shí)間變長(zhǎng)。圖中comp值實(shí)線代表上個(gè)周期的值，虛線代表當(dāng)周期的值；陰影部分代表變化的時(shí)間；
圖22均壓控制示意圖
以上說明的是主功率回路正常工作時(shí)候可以通過調(diào)節(jié)來控制PFC母線電容的均壓，但是當(dāng)模塊起機(jī)的時(shí)候呢？可以采用輔助電源直接從+400V~-400V之間進(jìn)行取電，由于電容有差異性，內(nèi)阻不可能完全相等，也會(huì)差生偏壓。還有一個(gè)是要采用更高等級(jí)的MOSFET，成本高，而且現(xiàn)在充電模塊的待機(jī)損耗也是一個(gè)問題，很多客戶要求模塊的待機(jī)損耗不能超過多少。
當(dāng)然還有另一種輔助電源取電方式，也是現(xiàn)在廠家主流的方式。就是正負(fù)母線均掛一個(gè)輔助電源，在起機(jī)的時(shí)候通過充電電阻給母線電容充電，變壓器采用繞組競(jìng)爭(zhēng)的方式，誰的母線電壓高，就采用誰供電，這樣可以很好的保證模塊在起機(jī)過程中的均壓效果；在模塊正常工作起來以后，也是同樣的道理。而直接從+800V取電沒有這種效果。
圖23輔助電源示意圖