工作原理

以單極性SPWM調(diào)制方式為例，說(shuō)明圖騰柱PFC的工作原理。此處僅以正向AC-DC說(shuō)明。后續(xù)會(huì)專(zhuān)門(mén)介紹DC-AC的功能介紹。

無(wú)橋圖騰柱式PFC電路拓?fù)溆腥缦聝煞N：

兩者拓?fù)涞膮^(qū)別：

在采用單極性SPWM調(diào)制時(shí)，兩種拓?fù)涞墓ぷ髟硪恢?。僅是右邊拓?fù)銶OS管（慢管）導(dǎo)通損耗會(huì)較小。下面會(huì)詳細(xì)說(shuō)明其工作原理。

左邊的拓?fù)鋬H能采用單極性SPWM調(diào)制，而右邊的拓?fù)溥€可采用單極性倍頻調(diào)制、雙極性調(diào)制。

單極性和雙極性SPWM比較。（這里的波形是逆變電流的中點(diǎn)電位UAB波形）

其主要原理為：調(diào)制信號(hào)ur為正弦波，載波uc在ur的正半周為正極性的三角波，在ur的負(fù)半周 為負(fù)極性的三角波。

單極性SPWM：

在ur的正半周，V1保持通態(tài)，V2保持?jǐn)鄳B(tài)。當(dāng)ur>uc時(shí),使V4導(dǎo)通，V3關(guān)斷，uo=Ud。當(dāng)ur時(shí),使v4關(guān)斷,v3導(dǎo)通,uo=0。<>

在ur的負(fù)半周，V1保持?jǐn)鄳B(tài)，V2保持通態(tài)。當(dāng)uruc時(shí)使 V3關(guān)斷，V4 導(dǎo)通，uo=0。時(shí),使v3>

雙極性SPWM

當(dāng)ur>uc時(shí)， V1和V4導(dǎo)通，V2和V3關(guān)斷，這時(shí)如io >0，則V1和V4通，如 io<0，則VD1 和VD4 通，不管哪種情況都是uo=Ud 。

當(dāng)ur0，則VD2 和VD3 通，不管哪種情況都是uo=-Ud 。時(shí)，v2和v3導(dǎo)通，v1和v4關(guān)斷，這時(shí)如io<0，則v2>

單極倍頻SPWM

從Uo的波形可以看出，兩路雙極性調(diào)制經(jīng)過(guò)全橋功率管的疊加之后最終的Uo波形變成了單極性，而且頻率加倍，這就是這種調(diào)制方式稱(chēng)為單極性倍頻調(diào)制的原因。這種調(diào)制方式波形完美，對(duì)各種負(fù)載的適應(yīng)性好，因?yàn)楸额l輸出，LC的體積和成本可以比較小，缺點(diǎn)是4個(gè)功率管都工作在高頻狀態(tài),因而開(kāi)關(guān)損耗比較大。

問(wèn)：不同的調(diào)制方式下，系統(tǒng)的工作模態(tài)會(huì)有所區(qū)別，那么什么是調(diào)制方式？

答：調(diào)制方式指的是對(duì)開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間進(jìn)行調(diào)制的方法。常見(jiàn)的調(diào)制方式包括單極性調(diào)制（Single-Polarity Modulation）和雙極性調(diào)制（Dual-Polarity Modulation）。調(diào)制方式?jīng)Q定了開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間的規(guī)律，從而影響輸出電壓的波形和功率因數(shù)校正的效果。

下面，將分析單極性SPWM調(diào)制方式的工作模態(tài)，由于正負(fù)半周相對(duì)稱(chēng)，下面以正周期為例Vac>0，可以分為三個(gè)模態(tài)：（S3為常開(kāi)狀態(tài)，S4為常閉狀態(tài)。）

工作模態(tài)一：此時(shí)Vg2和Vg4導(dǎo)通，電感電流上升，電感進(jìn)行儲(chǔ)能。S1體二極管僅在死區(qū)時(shí)間導(dǎo)通，可實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)，S1可在Toff時(shí)間導(dǎo)通，減少體二極管的壓降。

工作模態(tài)二：此時(shí)Vg1和Vg4導(dǎo)通，電感釋放能量，電感電流下降。

工作模態(tài)三：當(dāng)電壓正半周過(guò)零點(diǎn)時(shí)，S4關(guān)閉，S1導(dǎo)通時(shí)，此時(shí)也會(huì)導(dǎo)致單極性SPWM存在電流過(guò)零畸變的缺陷。

整個(gè)系統(tǒng)可以分為6個(gè)工作模態(tài)，如下所示：

控制策略

控制策略指的是根據(jù)輸入電壓和輸出電流等信息，確定開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間的策略?？刂撇呗缘哪繕?biāo)是調(diào)整開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，使得輸出電流能夠與輸入電壓同相或近似同相，從而實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正。常見(jiàn)的控制策略包括平均電流模式（Average Current Mode）和邊界電流模式（Boundary Current Mode）等。（其中，平均電流控制是CCM控制中的一種，還有峰值電流控制和滯環(huán)電流控制等）

CCM模式：適用于中等、大功率應(yīng)用

DCM：最大峰值電流和電流紋波都比較大，開(kāi)關(guān)管等器件的電流應(yīng)力也比較大，一般適用于中小功率場(chǎng)合

CCM模式下的控制策略又可分為：平均電流控制、 峰值電流控制和滯環(huán)電流控制等，控制策略如下圖所示：

峰值電流控制：通過(guò)采樣電感電流與參考基準(zhǔn)進(jìn)行比較，據(jù)此生成 PWM 控制信號(hào)，通過(guò)占空比來(lái)對(duì)電流進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。 但是峰值電流控制對(duì)噪聲比較敏感，而且在占空比超過(guò) 0.5 時(shí)會(huì)出現(xiàn)控制不穩(wěn)定，需要額外加斜坡償。

滯環(huán)電流控制：電流參考有 上下兩個(gè)閾值。 滯環(huán)電流控制具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、控制式自帶限流功能等優(yōu)點(diǎn)，但是滯環(huán)電流控制在一個(gè)周期內(nèi)頻率持續(xù)變化，容易降低電路 EMI 性能。

平均電流控制:同樣也是采 樣電感電流， 并與電流參 考比較生 成 PWM 控制信號(hào)。 平均電流控制一般采用雙環(huán)路控制，電壓外環(huán)帶寬較窄，環(huán)路響應(yīng)速度慢，可以有效地減弱干擾對(duì)控制環(huán)路的影響；電流內(nèi)環(huán)響應(yīng)較快，使得控制的電流可以準(zhǔn)確地跟蹤參考。而且在一個(gè)周期內(nèi)頻率恒定，EMI 性能比滯環(huán)電流控制好， 控制環(huán)路設(shè)計(jì)也較為簡(jiǎn)單。

拓展1：雙向AC-DC電路拓?fù)?/p>

開(kāi)關(guān)拓?fù)?/p>

對(duì)于無(wú)橋圖騰柱而言，也常用于V2G的技術(shù)當(dāng)中，即雙向AC-DC變換電路中。對(duì)于AC-DC雙向變換電路中，采用的拓?fù)溥€有如下所示：

電壓型全橋結(jié)構(gòu)：電路整體較為簡(jiǎn)單；對(duì)比半橋，功率等級(jí)更高。

電壓型半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；電壓應(yīng)力高；若電容分壓不均，導(dǎo)致中點(diǎn)電壓失衡。

帶中性點(diǎn)二極管箝位電壓型三電平結(jié)構(gòu)：交流電流的諧波量更低，正弦度更好，更高的PF值；電路復(fù)雜，控制復(fù)雜，損耗較大；適用于大功率場(chǎng)合。

電壓型交錯(cuò)圖騰柱式結(jié)構(gòu)：該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的兩個(gè)電感能夠起到分流的作用，大大降低了每個(gè)橋臂開(kāi)關(guān)管的電流應(yīng)力，并且結(jié)合無(wú)橋和交錯(cuò)并聯(lián)的技術(shù)可減少變換器的紋波，改善變換器的EMI特性，一定程度的提升變換器的功率密度，適用于較大功率的場(chǎng)合。

原文鏈接：

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