1 前言

傳統三相PFC電路，開關器件數量多、電路結構復雜、成本高；開關管承受的電壓應力大、存在橋臂直通風險、可靠性較差；輸入電流諧波大、功率因數低，不僅污染電網，還會影響其他設備正常運行。

為了解決傳統三相功率因數校正（PFC）技術的痛點。三相Vienna PFC 拓撲在傳統結構基礎上進行了針對性優化：采用無橋設計減少開關器件，簡化電路并降低成本；通過鉗位結構將開關管電壓應力限制在輸入電壓的一半，提升可靠性；同時大幅降低電流諧波、提高功率因數，滿足電網對清潔用電的要求。

三相Vienna PFC 作為一種高效的功率因數校正技術，在多個領域展現出顯著優勢。它被廣泛應用于電動汽車充電樁、工業電源系統、可再生能源電路系統、服務器電源、通信電源系統等場景，助力優化電力轉換質量。該技術優點突出，峰值效率可達 98% 以上，輸入電流總諧波失真低（小于 2%），且結構相對簡單、開關器件少，開關管電壓應力低、無橋臂直通風險，可靠性高，是電力電子拓撲中兼具效能與穩定性的理想選擇。

2 三相Vienna PFC原理

根據標準 EN/IEC 61000-3-2:2019+A1:2021對電流諧波的要求，設備可分為四類：A、B、C和D，并指定了它們各自的諧波電流限值。表1討論的平衡三相交流輸入系統為A類設備的諧波電流限制。

表1中，IEC主要設定至第 40 次諧波振幅限值，這些諧波振幅被視為絕對值，與基波電流振幅無關。該標準未規定總諧波失真的限制。然而，三相有源PFC的典型設計目標是實現低于5%的iTHD[1]。

無源 PFC拓撲與三種常用的有源 PFC拓撲進行比較，如表2所示。

三相Vienna PFC電路和工頻工作區劃分[2]如圖1、圖2所示。

開關S1、S2記為Sa，開關S3、S4記為Sb，開關S5、S6記為Sc。

以區域III工作區為例[3]分析，如圖3所示

圖 3a，雙向開關狀態 Sa、Sb、Sc為(000)，對應電平狀態為(PPN)，雙向開關管Sa、Sb、Sc均關斷，電源經過電感L和電阻R，向電容 C1 和 C2,充電。

圖 3b，雙向開關狀態 Sa、Sb、Sc為(001)，對應電平狀態為(PPO)，雙向開關管 Sa、Sb 關斷、Sc導通，電源經過電感L和電阻 R，向電容C1充電，電容C2放電。

圖 3c，雙向開關狀態 Sa、Sb、Sc為(010)，對應電平狀態為(PON)，雙向開關管 Sa、Sc 關斷、Sb導通，電源經過電感L和電阻 R，向電容C1和 C2充電。

圖 3d，雙向開關狀態 Sa、Sb、Sc為(011)，對應電平狀態為(POO)，雙向開關管 Sa 關斷、Sb、Sc導通，電源經過電感L和電阻 R，向電容 C1充電，電容C2放電。

圖 3e，雙向開關狀態Sa、Sb、Sc為(100)，對應電平狀態為(OPN)，雙向開關管Sb、Sc關斷、Sa導通，電源經過電感L和電阻 R，向電容 C1和 C2充電。

圖 3f，雙向開關狀態Sa、Sb、Sc為(101)，對應電平狀態為(OPO)，雙向開關管 Sa、Sc導通、Sb關斷，電源經過電感L和電阻 R，向電容 C1充電，電容C2放電。

圖 3g，雙向開關狀態Sa、Sb、Sc。為(110)，對應電平狀態為(OON)，雙向開關管 Sa、Sb導通、Sc關斷，電源經過電感L和電阻 R，向電容C2充電，電容C1放電。

圖 3h，雙向開關狀態Sa、Sb、Sc為(111)，對應電平狀態為(OOO)，雙向開關管Sa、Sb、Sc均導通，電容C1和C2放電。

3 基于PSIM三相Vienna PFC仿真實現

TI為熱泵和高功率三相空調系統提供了具有成本效益的 Vienna PFC解決方案，該解決方案能夠處理高達 10kW的輸入功率。框圖如圖4所示。

仿真參數如下，仿真結果如圖5、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10所示。

輸入：380VAC，50Hz

輸出：800VDC，15kW

4  參考文獻

[1] 如何通過 Vienna PFC 滿足三相交流輸入系統對功率因數和 iTHD 的嚴格要求

[2] 面向大功率直流充電樁應用的三相VIENNA整流器控制研究

[3] 三相三線制Vienna整流器控制策略研究

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