三相功率因数校正技术研究

摘要：本文采用三相六开关Boost拓扑实现三相PFC，三相拓扑通过物理解耦，增加电路冗余。Saber仿真分析比较了滞环电流变频控制和平均电流定频控制，仿真结果证明两种控制方法均能很好地实现功率因数校正功能。
1 引 言

用电设备的功率因数为两个因子的乘积：一个是相移因子，由输入电流的基波分量和输入正弦电压之间存在相位差造成；另一个是畸变因子，它是输入电流失真度(THD)的函数。常规的整流装置，由于使用非线性器件，功率因数低，且谐波电流污染了电网，并导致用电设备之间的相互干扰。[1] 抑制电力电子装置产生谐波的方法主要有两种：一是被动方法，即采用无源滤波或有源滤波电路来旁路或滤除谐波；另一种是主动式的方法，即设计新一代高性能整流器，它具有输入电流为正弦波、谐波含量低、功率因数高等特点，即具有功率因数校正功能。近年来功率因数校正(PFC)电路得到了很大的发展，成为电力电子学研究的重要方向之一。[2]单相功率因数校正技术目前在电路拓扑和控制方面已日趋成熟，而三相整流器的功率大，对电网的污染更大，因此，三相功率因数校正技术的研究很有必要。目前三相PFC拓扑有：单开关Boost型、单开关Buck型、六开关Boost型、六开关Buck型、单开关Buck-Boost型，本文对六开关Boost型PFC电路的工作原理、控制方式等进行研究。

2 三相升压型六开关PFC电路

PFC主电路采用六只开关管组成的三相升压型PWM整流电路如图1所示，本文中的三相PFC在物理上进行解耦，即采用三个单相PFC电路组合构成三相PFC。

图1 三相六管Boost型PFC电路 图2 A相等效电路

单相PFC组合成三相PFC的技术优势是：可以利用比较成熟的单相PFC技术，而且电路由3个单相PFC同时供电，如果某一相出现故障，其余两相仍能继续向负载供电，电路具有冗余特性。为了说明三相六管Boost型PFC电路的工作原理，给出其A相等效电路，如图2所示，电路为半桥Boost结构，若电感电流为正，即输入电压为正半周，则当下桥臂San导通时，相电压加上电容C2的电压对电感充电，输入电流上升；当上桥臂Sap导通时，电感电流通过二极管D1续流，电容C1上的电压和输入电压的差值使电感电流下降；若电感电流为负，即输入电压为负半周时，则当上桥臂Sap导通时，相电压绝对值加上电容C1的电压对电感充电，输入电流上升；当下桥臂San导通时，电感电流通过二极管D2续流，电容C2上的电压和输入电压的差值使电感电流下降；通过对San和Sap的适当控制，可以控制输入电流按给定的参考电流变化，从而实现功率因数校正。B相和C相的工作原理和A相类似。由于三相通过物理解耦，各相电流同时独立控制，可实现较理想的控制性能。该结构的优点是在任意时刻，每相只有一个器件导通，导通损耗低；控制上相互独立，相间干扰小，有利于提高系统性能和可靠性。

3 控制方式