一种低电压应力的三电平PFC电路研究
电子技术应用
袁建华，苏超，卢云
三峡大学 电气与新能源学院
摘要： 三电平及多电平电路具有更小的直流侧电压脉动和降低电路损耗的优点，并且能使直流侧电流波形更接近正弦化，因此提出一种基于四开关三电平PFC电路。利用四个开关管进行组合，使其具有多向开关功能，不仅能将输出电压抬升至三电平，降低开关管电压应力，还能为电感充电提供回路。同时该电路在每个模态最多两个开关管开通并共用一个脉冲信号，一定意义上简化了控制复杂度。最后，通过搭建一个额定功率为800 W的实验平台，验证理论分析正确性。
中图分类号：TM46 文献标志码：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.245303
中文引用格式： 袁建华，苏超，卢云. 一种低电压应力的三电平PFC电路研究[J]. 电子技术应用，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： 袁建华，苏超，卢云. 一种低电压应力的三电平PFC电路研究[J]. 电子技术应用，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）转换器在交流/直流电源中得到了广泛的应用。PFC转换器的主要功能是将输入电流塑造为正弦电流，以满足严格的谐波准则，如IEC61000-3-2限制。在这些符合条件下，整流器需要同时实现高功率因数（PF）和低总谐波失真（THD），以提高电网的功率质量[1-3]。图腾柱PFC能降低无功功率流动，提高电能质量，但随着温升会影响元件性能，从而降低转换效率[4-6]。文献[7]提出了一种基于开关电容的三电平PFC电路，在传统三电平拓扑上对电路结构进行改进，每个模态中最多只有一个开关管导通，使得电路损耗降低。同时随着对多电平PFC电路的研究证明能够提高电能质量跟效率[8-10]。
本设计基于三电平功率因数校正电路在现有多电平PFC拓扑基础上，提出了基于四开关单相三电平PFC电路。详细分析其拓扑结构、工作原理以及调制系统等，并对其器件损耗进行分析计算，最后通过搭建800 W的实验平台进行验证。
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作者信息：
袁建华，苏超，卢云
（三峡大学 电气与新能源学院，湖北 宜昌 443002）
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