[实用新型]基于三相维也纳PFC拓扑的单相电输入电路

说明书

本实用新型提供了基于三相维也纳PFC拓扑的单相电输入电路和控制方法，通过调节三相维也纳PFC拓扑中悬空一相对应开关管的占空比，抑制双向开关中低频器件的反向恢复问题，降低了三相维也纳PFC拓扑双向开关中低频器件的反向恢复损耗，减少了三相维也纳PFC拓扑的发热，为三相维也纳PFC拓扑在单相电或直流输入时的可靠运行提供了解决方案。

技术领域

本实用新型属于电源控制技术领域，具体涉及基于三相维也纳PFC拓扑的单相电输入电路。

背景技术

随着汽车行业在新能源领域的快速发展，人们对AC\DC电源转换设备在各个充电场景可靠运行的需求越来越高，需要采用PFC(Power Factor Correction)即功率因数校正措施用于提高电源转换设备的转换效率和降低传导损耗；现阶段多采用维也纳(VIENNA)整流器即三相三电平三开关PFC整流器。维也纳整流器的优点是：需要的功率管器件少且电压应力仅为直流母线电压的一半，无桥臂输出电压直通问题，不需设置驱动死区时间，控制电路简单。

在一些应用环境下，AC\DC电源转换设备除了满足三相电输入时正常工作的要求以外，还要满足单相电或直流输入充电的需求。参见图2，维也纳PFC拓扑的双向开关由整流桥堆或非快恢复二极管与开关管组成，其中整流桥堆或非快恢复二极管属于低频器件，开关管属于高频器件。在三相电输入时，每个桥堆的其中两个二极管与电感直接相连工作于工频状态，另外两个二极管与母线中点连接，随着开关管的动作工作于高频状态。由于工作于高频状态的两个二极管都是零电压关断，关断时电流可以自然过零，因此三相电输入时，桥堆的所有二极管都不存在因高频关断电流的反向恢复引发的热应力问题。

参见图3，对维也纳PFC拓扑进行单相电或直流输入时，电路等效为在串联第一电感的第一输入支路和串联第二电感的第二输入支路之间输入单相电的等效电路模型，串联第三电感的第三输入支路悬空。为使输入电压正常工作，第一输入支路和第二输入支路各自整流桥堆中的第一开关管和第二开关管以一定的占空比开关，第三输入支路整流桥堆中的第三开关管通常保持关断状态。

但在实际应用中发现，第三开关管的开关状态对第三输入支路整流桥堆的热应力有非常明显的影响：如果第三开关管一直保持关断状态，则第三开关管的等效结电容随着第一开关管和第二开关管的开关动作，在电路中形成了两条谐振回路：当第一电感的前端电压大于第二电感的前端电压时，一条谐振回路为从第一电感依次到第一开关管、第十五二极管、第三开关管的等效结电容、第十四二极管、第三电感、第二等效电容，回到第一电感；另一条谐振回路为从第三电感依次到第十三二极管、第三开关管的等效结电容、第十六二极管、第二开关管、第二电感、第三等效电容，回到第三电感。当第一电感的前端电压小于第二电感的前端电压时，一条谐振回路为从第二电感依次到第二开关管、第十五二极管、第三开关管的等效结电容、第十四二极管、第三电感、第三等效电容，回到第二电感；另一条谐振回路为从第三电感依次到第十三二极管、第三开关管的等效结电容、第十六二极管、第一开关管、第一电感、第二等效电容，回到第三电感。

参见图4，由于第三开关管的等效结电容是pF级，第三电感是uF级的，因此产生的谐振频率在几百kHz；第三开关管两端的电位剧烈变化，与第三开关管的等效结电容并联的整流桥堆的电压产生高频震荡，无法对整流桥堆形成一个强力稳定的嵌位；与第三电感串联的整流桥堆的电流产生几百kHz的高频震荡；这种高频的震荡电压和电流在整流桥堆上产生反向恢复问题，导致组成整流桥堆的二极管产生动态损耗，造成二极管严重发热，成为电源转换设备的散热瓶颈。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供基于三相维也纳PFC拓扑的单相电输入电路和控制方法，在单相电或直流输入时，降低三相维也纳PFC拓扑双向开关中低频器件的反向恢复损耗，减少三相维也纳PFC拓扑的发热，提高电源转换设备工作的可靠性。