三相雙開(kāi)關(guān)PFC電路分析及在CCM模式下的控制策略

結合第1節的分析，它的基本控制原理是：采用雙閉環(huán)控制策略，即電壓外環(huán)和電流內環(huán)相結合。電壓外環(huán)的任務(wù)是采樣輸出電壓和給定比較，差值經(jīng)過(guò)PI調節和三相交流電壓的最大(最小)值相乘作為相位給定，再取樣實(shí)際輸入的三相電流的最大(最小)值，兩者的差值和三角載波比較產(chǎn)生驅動(dòng)信號，驅動(dòng)MOS管。上、下橋臂的MOS管完全獨立，互不影響。這樣控制的好處是：在最大程度上(2π／3的區間里)對每相進(jìn)行最優(yōu)控制，控制算法簡(jiǎn)單，采用數字化的控制方法，成本低。性?xún)r(jià)比高。實(shí)際的校正過(guò)程是(以正半橋為例)：當輸出大于400 V，誤差為正，經(jīng)過(guò)PI調節，誤差被正向放大，經(jīng)乘法器得到與輸入電壓同相位的單位正弦電流也相應增大，與實(shí)際電流的差值增加，使PWM的占空比增大，輸出電壓減小。2．2 仿真分析
本文的仿真是基于Matlab／Simulink平臺，應用其中SimPowerSystems模塊中的元件搭建而成。應用Matlab／Simulink不需要再建立各種模塊的模型，可以快速驗證系統的可行性和控制算法的有效性。電路的仿真參數為：輸入電壓：三相交流380 V；輸出電壓：800 V；開(kāi)關(guān)頻率為：10 kHz；Boost電感值：300μH；輸出濾波電容：470μF；平衡電阻：100 kΩ；負載電阻：100 Ω；輸出功率：6．4 kW。上橋臂的控制模塊的仿真電路需要注意：采樣三相電壓的瞬時(shí)值作為給定一般在整流后，但由于電感、電容的存在，使整流后的波形并不是標準的饅頭波，所以采整流前端的三相電壓作為給定；三角載波模塊取自plecs工具箱，設置較為容易，載波頻率為10 kHz；使用加減模塊和滯環(huán)模塊組合，通過(guò)設置環(huán)寬為0，可以實(shí)現電壓(電流)比較器的功能；下橋臂的電壓給定取自負半橋最小電壓的絕對值(不是最大電壓)。在此基礎上，仿真得到的波形如圖7所示。觀(guān)察a相和c相電流波形可知，電路工作在CCM模式下，在[π／6～5π／6]，a相電流得到了最大補償；而在[O～π／6]，a相的電流補償效果是比較差的，因為此時(shí)的控制量是c相電流，c相電流得到最大補償；同理在[5π／6～π]，b相電流得到最大補償，就是說(shuō)補償了c相電流，卻破壞了a相的電流波形。其中a相電流THD=13．76 ％，其中3次和5次諧波的幅值較大，可以考慮用諧波注入法來(lái)消除3次與5次諧波。半橋電壓的平均值為400．2 V，負載電壓平均值為800 V，從仿真結果看，控制的基本思路是正確的。

3 實(shí)驗分析
該實(shí)驗的控制芯片使用DSP2407，其內部的事件管理器EV和A／D模塊，資源豐富。驅動(dòng)芯片使用M57962L，它集成過(guò)流保護電路和過(guò)流保護輸出端子。本文實(shí)驗的硬件控制框圖如圖8所示。

實(shí)現CCM控制的算法都是在DSP中完成的，外部硬件只需檢測控制所需的8個(gè)信號，可見(jiàn)采用DSP所需的硬件電路較少，這使得控制系統的修改和維護變得相當容易和方便。實(shí)際波形和仿真結論基本吻合，如圖9、圖10所示。圖中，在[0～π／6]，a相電流的補償效果最好；在[π／6～5π／6]和[5π／6～π]，電流比較平，補償的效果比較差，這是由部分解耦的特點(diǎn)決定的。

4 結語(yǔ)
本文提出了三相雙開(kāi)關(guān)PFC電路在CCM模式下的控制策略，分析了電路的工作原理，給出了該電路在開(kāi)關(guān)周期內的波形和工作方程表達式，并且通過(guò)仿真和試驗結果驗證了電路分析的正確性。該電路結構簡(jiǎn)單，控制容易，成本低并且輸入電流諧波低、功率因數高，適用于中、大功率應用場(chǎng)合。