一種低電壓應力的三電平PFC電路研究
電子技術應用
袁建華，蘇超，盧云
三峽大學 電氣與新能源學院
摘要： 三電平及多電平電路具有更小的直流側電壓脈動和降低電路損耗的優點，并且能使直流側電流波形更接近正弦化，因此提出一種基于四開關三電平PFC電路。利用四個開關管進行組合，使其具有多向開關功能，不僅能將輸出電壓抬升至三電平，降低開關管電壓應力，還能為電感充電提供回路。同時該電路在每個模態最多兩個開關管開通并共用一個脈沖信號，一定意義上簡化了控制復雜度。最后，通過搭建一個額定功率為800 W的實驗平臺，驗證理論分析正確性。
中圖分類號：TM46 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.245303
中文引用格式： 袁建華，蘇超，盧云. 一種低電壓應力的三電平PFC電路研究[J]. 電子技術應用，2025，51(1)：118-123.
英文引用格式： Yuan Jianhua，Su Chao，Lu Yun. Research on a three-level PFC circuit with low voltage stress[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(1)：118-123.
中文引用格式： 袁建華，蘇超，盧云. 一種低電壓應力的三電平PFC電路研究[J]. 電子技術應用，2025，51(1)：118-123.
英文引用格式： Yuan Jianhua，Su Chao，Lu Yun. Research on a three-level PFC circuit with low voltage stress[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(1)：118-123.
Research on a three-level PFC circuit with low voltage stress
Yuan Jianhua，Su Chao，Lu Yun
School of Electrical and New Energy， China Three Gorges University
Abstract： Three-level and multilevel circuits have the advantages of smaller DC voltage pulsation and reduced circuit loss, and can make DC current waveform closer to sinusoidal, so a four-switch three-level PFC circuit is proposed in this paper. In this paper, four switching tubes are combined to make it have multidirectional switching function, which can not only raise the output voltage to three levels, reduce the voltage stress of switching tubes, but also provide a circuit for inductive charging. At the same time, the circuit can open up to two switches in each mode and share a pulse signal, which simplifies the control complexity in a certain sense. Finally, an experimental platform with rated power of 800 W is built to verify the correctness of the theoretical analysis.
Key words : multilevel technology；power factor modulation；doudle closed-loop control；multi-carrier modulation
引言
功率因子校正（PFC）轉換器在交流/直流電源中得到了廣泛的應用。PFC轉換器的主要功能是將輸入電流塑造為正弦電流，以滿足嚴格的諧波準則，如IEC61000-3-2限制。在這些符合條件下，整流器需要同時實現高功率因數（PF）和低總諧波失真（THD），以提高電網的功率質量[1-3]。圖騰柱PFC能降低無功功率流動，提高電能質量，但隨著溫升會影響元件性能，從而降低轉換效率[4-6]。文獻[7]提出了一種基于開關電容的三電平PFC電路，在傳統三電平拓撲上對電路結構進行改進，每個模態中最多只有一個開關管導通，使得電路損耗降低。同時隨著對多電平PFC電路的研究證明能夠提高電能質量跟效率[8-10]。
本設計基于三電平功率因數校正電路在現有多電平PFC拓撲基礎上，提出了基于四開關單相三電平PFC電路。詳細分析其拓撲結構、工作原理以及調制系統等，并對其器件損耗進行分析計算，最后通過搭建800 W的實驗平臺進行驗證。
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作者信息：
袁建華，蘇超，盧云
（三峽大學 電氣與新能源學院，湖北 宜昌 443002）
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