三相雙開關(guān)PFC電路分析及在CCM模式下的控制策略

結(jié)合第1節(jié)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(nèi)環(huán)相結(jié)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PI調(diào)節(jié)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(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)MOS管。上、下橋臂的MOS管完全獨(dú)立，互不影響。這樣控制的好處是：在最大程度上(2π／3的區(qū)間里)對(duì)每相進(jìn)行最優(yōu)控制，控制算法簡(jiǎn)單，采用數(shù)字化的控制方法，成本低。性價(jià)比高。實(shí)際的校正過程是(以正半橋?yàn)槔?：當(dāng)輸出大于400 V，誤差為正，經(jīng)過PI調(diào)節(jié)，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(yīng)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(tái)，應(yīng)用其中SimPowerSystems模塊中的元件搭建而成。應(yīng)用Matlab／Simulink不需要再建立各種模塊的模型，可以快速驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性和控制算法的有效性。電路的仿真參數(shù)為：輸入電壓：三相交流380 V；輸出電壓：800 V；開關(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(fù)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(biāo)準(zhǔn)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(shè)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，通過設(shè)置環(huán)寬為0，可以實(shí)現(xiàn)電壓(電流)比較器的功能；下橋臂的電壓給定取自負(fù)半橋最小電壓的絕對(duì)值(不是最大電壓)。在此基礎(chǔ)上，仿真得到的波形如圖7所示。觀察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(bǔ)償；而在[O～π／6]，a相的電流補(bǔ)償效果是比較差的，因?yàn)榇藭r(shí)的控制量是c相電流，c相電流得到最大補(bǔ)償；同理在[5π／6～π]，b相電流得到最大補(bǔ)償，就是說補(bǔ)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消除3次與5次諧波。半橋電壓的平均值為400．2 V，負(fù)載電壓平均值為800 V，從仿真結(jié)果看，控制的基本思路是正確的。

3 實(shí)驗(yàn)分析
該實(shí)驗(yàn)的控制芯片使用DSP2407，其內(nèi)部的事件管理器EV和A／D模塊，資源豐富。驅(qū)動(dòng)芯片使用M57962L，它集成過流保護(hù)電路和過流保護(hù)輸出端子。本文實(shí)驗(yàn)的硬件控制框圖如圖8所示。

實(shí)現(xiàn)CCM控制的算法都是在DSP中完成的，外部硬件只需檢測(cè)控制所需的8個(gè)信號(hào)，可見采用DSP所需的硬件電路較少，這使得控制系統(tǒng)的修改和維護(hù)變得相當(dāng)容易和方便。實(shí)際波形和仿真結(jié)論基本吻合，如圖9、圖10所示。圖中，在[0～π／6]，a相電流的補(bǔ)償效果最好；在[π／6～5π／6]和[5π／6～π]，電流比較平，補(bǔ)償?shù)男Ч容^差，這是由部分解耦的特點(diǎn)決定的。

4 結(jié)語(yǔ)
本文提出了三相雙開關(guān)PFC電路在CCM模式下的控制策略，分析了電路的工作原理，給出了該電路在開關(guān)周期內(nèi)的波形和工作方程表達(dá)式，并且通過仿真和試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了電路分析的正確性。該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制容易，成本低并且輸入電流諧波低、功率因數(shù)高，適用于中、大功率應(yīng)用場(chǎng)合。