matlab2014simulink中的三相晶闸管整流桥怎么找_三相维也纳 (Vienna) 主拓扑原理、控制及仿真 (下)...

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* 本文是21Dianyuan 社区「第九期 DIY实战经验 ? 原创技术分享赛」原创参赛作品，作者westbrook，感谢作者的辛勤工作。

控制模式和控制地点的选择

我们知道，该控制电路一般采用双环控制，即电压外环 电流内环。电压外环输出直流电压稳定，供后电路使用(如 Three Level LLC、PS Interleave LLC、PSFB 等)，电流内环得到接近正弦的输入电流，以满足要求 THD 和 PF 值的要求。

事实上，数字控制只不过是将模拟方案转换为数字操作，其中最经典的可以参考 TI 的 UC3854利用其控制思想实现数字化。

PFC 母线输出电压采样过滤 DSP 的 ADC 采样到 DSP 内部，与电压给定信号进行比较，产生误差 Gvc(s) 补偿后输出一个 A 然后通过乘法器与信号交流 AC 电压相乘得到电流的给定信号，正是该乘法器的作用才能保证输入电压电流同相位，使电源输入端的 PF 值接近1；

将采样的电感电流波形与电流给定进行比较，得出误差 Gic(s) 补偿器补偿后，得到电流环的输出值，与三角波直接调制，得到 PWM 波形、控制电压和电流；下图可简化一般控制框图；

其中：

? Gcv(s) 电压环的补偿函数

?Gci(s) 是电流环的补偿函数

?Hi(s) 电流环采样函数

?Hv(s) 电压环采样函数

?Gigd(s) 电感电流占空比 D 的函数

控制地 AGND 的选择

传统单相有桥 PFC 中，一般把 PFC 控制电容的负极 AGND，由于该点的电压通过整流桥输入 L、N 相连。

? 当输入为正半周时，AGND 整流桥钳位置 N 线；

?输入为负半周时，AGND 整流桥钳位于 L 线；

因此，母线电容的负极地 AGND(相当于 PE)这是工频的变化，因为输入通常是50Hz 交流电相对稳定，可作为控制电路的控制地。

但是相比较 Vienna PFC 母线电容的中点与工频电压的中点不同 (PE) 是开关级5电平高频变化的电平：±2/3Vo、0、±1/3Vo(这里的 Vo 代表母线电压的一半，典型值400V)，若以如此大的高频波动作为控制地，则噪声和共模干扰将非常大，采样电压和驱动不准确，严重影响电路的可靠性。

因为电容器中点的高频变化不能作为控制地，我们该怎么办？我们能人工构建虚拟地作为控制地吗？ AGND？

在三相输入之间通过分压电阻连接，采用 Y 类型接法产生虚拟作为控制地。然而，在建立这个控制地后，所有其他采样和驱动程序都应以差异化和隔离的方式工作。

采用这种方法，电容中点是否完美？ O 与控制地 AGND 分离避免了高频剧烈变化带来的干扰。

母线均压

我们知道，三相 Vienna PFC 母线电压拓扑 800V 由两个电容组成 C1 和 C2 串联分压，电容中点的电位 O 由电容器的充放电决定，两个电容器的电压应保持平衡，以保持三个电平的真实运行条件。否则，输出电压可能包含意想不到的谐波，甚至影响电路的完整性。

三相三电平 PFC 正负母线的平衡会影响 PFC 的性能：
① 输入电流 THD
② 功率开关管和二极管的应力 (本身以及后级功率电路)
③ 动态时，母线电容易过压

电容中点的电位偏差与 PFC 正负母线电容器的充放电过程与附件开关状态有关，a 组和 z 组工作状态无电流流入或流出电容器中点，因此两个电容器的充放电相同，不会产生偏压。 b、c、d 会影响组的开关状态 PFC 母线电容充放电的差异，产生偏压。

根据以前的工作原理进行分析，POP 工作状态只给电容 C1 进行充电，ONO 工作状态只给电容 C2 充电时，中点电位可根据这两种工作状态进行控制，控制时可调节 ONO 和 POP 均压是两种工作状态的作用时间。

此时，可在整个控制环中添加偏压环进行调整 ONO 和 POP 母线电压的均压作用时间。

具体实施方法：

采样正母线和负母线，然后得出差值 （直流分量)，差值经偏压环补偿器调整后叠加至输入电流参考正弦波，精确整流后转换为振幅值不同的双半波作为电流环的给定，以改变 ONO 和 POP 改进作用时间 PFC 母线均压。

如下图所示：compa、compb 和 compc 以0计算每相电流环的结果~以30度扇区为例，当正母线相对于中点的电压低于负母线时，正半波的给定变小，负半波的给定变大，POP 工作时间长，正母线电容充电时间长；

ONO 工作时间缩短，负母线电容器充电时间缩短。当正母线的电压高于中点的负母线时，正半波的给定变大，负半波的给定变小，POP 正母线电容充电时间变长，ONO 作用时间长，负母线充电时间长。

图中 comp 值实线代表上一个周期的值，虚线代表周期所需的值；阴影部分代表变化的时间；

以上说明主功率回路在正常工作时可以通过调整来控制 PFC 母线电容器的均压，但当模块启动时呢？

可以采用辅助电源直接从 400V~-400V 由于电容不同，内阻不能完全相等，也会产生偏压。

另一个是使用更高的等级 MOSFET，成本高，现在充电模块的待机损耗也是一个问题，很多客户要求模块的待机损耗不能超过多少。

当然，还有另一种辅助电源取电方式，这也是制造商的主流方式。也就是说，正负母线都挂着辅助电源。启动时，通过充电电阻给母线电容器充电。变压器采用绕组竞争的方式。谁的母线电压高，谁就供电，可以保证启动过程中模块的均压效果；模块正常工作后，也是如此。而直接从 800V 取电没有这种效果。

原理仿真

输出电压波形

仿真波形

输入电流波形，参数没有调整，看看。

输送三相电流波形

桥臂中点的线电压

输入线电压峰值与 PFC 总母线电压的比值定义为调节系数 m，m=Vlp/2Ed; 其中 Vlp 是线电压的峰值。

整流器可以被视为通过市电 PFC 为了使输入电流正弦，桥臂中点线电压也应为正弦波形。

实际上，桥臂中点线电压是正弦 PWM 波形，谐波分量和最大步骤是两个主要因素。

① 输入线电压峰值大于输入线电压峰值 Ed 桥臂中点线电压波形 euv，电压波形为5阶梯，幅值为0，±400V，±800V，步进是400V；

② 当输入线的电压峰值小于当输入线时 Ed 桥臂中线电压波形为3阶梯电压波形，幅值为0，±400V，步进为400V；

与市电中点相比，桥臂中点的电压波形 eun，电压波形为9阶梯；幅值为0，±133V，±266V，±400V，最小步进是133V，最大步进是266V；由于电源开关管与散热器之间有寄生电容，这个阶梯信号会产生共模噪声；

电容中点 O 与市电中点相比，电压波形 eon，是5阶梯波形，幅值为0，±133V，±266V，步进为133V；

到目前为止，原则则和控制相关的内容已经基本完成。如有必要，将进行补充。一般来说，模拟控制难以实现这一复杂点的拓扑，在实际调试过程中会遇到很多问题。我不知道论坛上是否有兄弟实现了它？如果实现了，一起讨论是否方便？

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