[发明专利]一种级联交错图腾柱无桥PFC装置及其控制策略

说明书

本发明公开了一种级联交错图腾柱无桥PFC装置及其控制策略，该装置属于电力电子技术领域，所述的级联交错图腾柱无桥PFC装置具体包括2条工频桥臂、4条高频桥臂、2个升压电感以及2个滤波电容。其中，两条工频桥臂的中点分别与交流电源两端连接，上、下两路间的高频桥臂通过升压电感连接。基于此装置提出的一种控制策略包含了均压控制、均流控制以及载波移相和电平移位两种PWM调制策略。可以实现减小电感伏秒、减小输入电流纹波以及抑制共模噪声的技术效果；并且当两路输出滤波电容容值不等或负载大小不一致时，电路依旧能达到输出电压相等、电流相等的控制目标。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，涉及基于多电平技术的PFC电路，具体涉及一种级联交错图腾柱无桥PFC装置及其控制策略。

背景技术

随着电力电子技术和半导体器件技术的不断发展，对PFC拓扑电路的研究开始往高效率、高功率密度的方向深入。磁性元件是决定PFC电路功率密度的重要因素之一，而传统两电平PFC电路的电感伏秒较大，导致电感占据电路的体积也较大。成为限制传统两电平PFC电路功率密度提升的主要原因。

随着多电平技术的发展，传统两电平PFC中电感体积较大的问题得到了有效解决。通过多电平技术，不仅能降低电感上电平跳变的大小，还能提高系统的等效开关频率，从而大幅度降低了电感的体积。目前，基于多电平技术的级联图腾柱无桥PFC电路已经可以将功率密度提升至1000W/in³，同时峰值效率大于99％，但是同时也存在严重的共模问题以及环流问题。这些问题不仅会干扰其他电子设备的正常工作，还会降低电路自身的稳定性。因此对于解决级联图腾柱无桥PFC的共模问题和提升其功率密度的研究是十分有意义的。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种级联交错图腾柱无桥PFC装置及其控制策略，能够在提升三电平级联交错图腾柱无桥PFC功率密度的同时，解决三电平级联交错图腾柱无桥PFC的共模问题。

一种级联交错图腾柱无桥PFC装置，包括组成两条支路的6个桥臂、并联在两条支路之间的2个升压电感，和2个滤波电容、2个负载电阻。

其中一条支路包括第一工频桥臂、第二高频桥臂、第三高频桥臂，另一条支路包括第四工频桥臂、第五高频桥臂、第六高频桥臂。

每个桥臂均包括第一开关管和第二开关管，第一开关管的源极与第二开关管的漏极相连。在一条支路中，工频桥臂的第一开关管的漏极与高频桥臂第一开关管的漏极相连，第二开关管的源极与高频桥臂的第二开关管的源极连接。

交流电源的正、负极性端分别与第一工频桥臂、第四工频桥臂的第一开关管的源极连接。第一升压电感并联在第二高频桥臂和第五高频桥臂的第一开关管的源极之间。第二升压电感并联在第三高频桥臂和第四高频桥臂的第一开关管的源极之间。

滤波电容的两端分别与支路中的第一开关管漏极、第二开关管源极连接，负载电阻并联在滤波电容两端。

作为优选，工频桥臂中的开关管选用Si MOSFEET管、SiC MOSFET管或GaN管。

作为优选，高频桥臂中的开关管选用SiC MOSFET管或GaN管。

一种级联交错图腾柱无桥PFC装置的控制策略，具体包括以下步骤：

步骤1、采集级联交错图腾柱无桥PFC装置中，流经第一、第二升压电感的电流IL1、IL2，两个滤波电容两端的电压值VC1、VC2，和交流电源的瞬时电压值VA与相位PH。

步骤2、将交流电源的瞬时电压值VA与零值比较，产生第一、第四工频桥臂的开关管控制信号V_control：