我們知道,三相Vienna PFC拓撲的母線電壓800V是由兩個電容C1和C2串聯進行分壓,電容中點的電位O由電容的充放電決定,兩個電容的電壓應該保持均衡以保持真實的三電平運行條件。否則輸出電壓可能包含不期望的諧波,甚至會影響到電路的完全性。三相三電平PFC正負母線的均衡度會影響PFC的性能:
- 輸入電流THD;
- 功率開關管和二極管的應力(本身以及后級功率電路);
- 動態時母線電容容易過壓;
電容中點的電位偏差與PFC正負母線電容的充放電過程相關,通過附件開關狀態可以看出,a組和z組工作狀態沒有電流流入或流出電容中點,因此兩個電容的充放電是一樣的,不會產生偏壓。只有b、c、d組的開關狀態才會影響到PFC母線電容充放電的差異,產生偏壓。
根據前面的工作原理分析,POP工作狀態只給電容C1進行充電,ONO工作狀態只給電容C2進行充電,故可以根據這兩個工作狀態來控制中點電位,在控制中可以調節ONO和POP兩個工作狀態的作用時間來進行均壓。
圖19 C2充電
圖20 C1充電
這個時候可以在整個控制環路中添加一個偏壓環,用于調節ONO和POP的作用時間,來進行母線電壓的均壓作用。
具體實施方:是分別對正母線和負母線進行采樣,然后得出差值(直流分量),該差值經過偏壓環的補償器調節之后疊加到輸入電流參考正弦波,經過精密整流后變換為幅值有差異的雙半波作為電流環的給定,以此來改變ONO和POP的作用時間,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計算出來的結果,以0~30度扇區為例,當正母線相對于中點的電壓低于負母線時,正半波的給定變小,負半波的給定變大,POP工作狀態的時間變長,給正母線電容的充電時間變長;ONO工作狀態的時間變短,給負母線電容的充電時間變短。當正母線相對于中點的電壓高于負母線時,正半波的給定變大,負半波的給定變小,POP的作用時間變長,給正母線電容充電的時間變短,ONO的作用時間變長,給負母線的充電時間變長。圖中comp值實線代表上個周期的值,虛線代表當周期的值;陰影部分代表變化的時間;
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候可以通過調節來控制PFC母線電容的均壓,但是當模塊起機的時候呢?可以采用輔助電源直接從+400V~-400V之間進行取電,由于電容有差異性,內阻不可能完全相等,也會差生偏壓。還有一個是要采用更高等級的MOSFET,成本高,而且現在充電模塊的待機損耗也是一個問題,很多客戶要求模塊的待機損耗不能超過多少。
當然還有另一種輔助電源取電方式,也是現在廠家主流的方式。就是正負母線均掛一個輔助電源,在起機的時候通過充電電阻給母線電容充電,變壓器采用繞組競爭的方式,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