三相五電平VIENNA的工作原理

三相五電平VIENNA

該拓?fù)渑c傳統(tǒng)三相三電平VIENNA主要區(qū)別是每相都有一個三態(tài)開關(guān)電路。所謂三態(tài)開關(guān)中的“三態(tài)”，就是指每相都會有三種開關(guān)狀態(tài)或者工作狀態(tài)，同時會在橋臂端口Vx點的位置形成五種電平狀態(tài)，因此也稱三相無中線五電平Vienna電路，而傳統(tǒng)三相Vienna則為兩種狀態(tài)、三種電平。以其中A相橋臂為例，如圖3.1，三態(tài)開關(guān)的具體來源如下：假設(shè)耦合變壓器為理想變壓器，工作在50Hz工頻的正半周期，有四個開關(guān)狀態(tài)(1)到( 4)，對應(yīng)圖中(a)到(d)：

(1) 當(dāng)Q1~Q4均導(dǎo)通時，A1、A2均為ON態(tài)，VA=(VA1+VA2)/2=Vmid，即零電平;

(2) 當(dāng)Q1~Q2導(dǎo)通，Q3~Q4截止時，A1為ON態(tài)、A2為OFF態(tài)，VA=(VA1+VA2)/2=1/2Vo，即1/2電平;

(3) 當(dāng)Q3~Q4導(dǎo)通，Q1~Q2截止時，A2為ON態(tài)、A1為OFF態(tài)，VA=(VA1+VA2)/2=1/2Vo，即還是1/2電平;

當(dāng)Q1~Q4均截止時，A1、A2均為OFF態(tài)，VA=(VA1+VA2)/2=Vo，即1電平;

(a) A1、A2均為ON態(tài)

(b) A1為ON、A2為OFF態(tài)

(c) A1為OFF、A2為ON態(tài)

(d) A1、A2均為OFF態(tài)

同理對于工頻負(fù)半周期，就有-1、-1/2與0電平。因此VA共有+/-Vo、+/-0.5Vo、0五種電平出現(xiàn)，這使得相比三電平電路，每一相的電感在開關(guān)側(cè)的電位更加接近正弦波，因此能夠形成正弦度更好的輸入電流波形，如圖3為三態(tài)開關(guān)拓?fù)?，?a target="_blank">PFC電感、耦合電感的開關(guān)側(cè)(即VA、VA1/VA2)來看，實現(xiàn)的三電平和五電平波形。

圖3 三態(tài)開關(guān)實現(xiàn)五電平電路

總結(jié)：

1. 該拓?fù)湓谌酂o中線三電平VIENNA的基礎(chǔ)上，每相通過一個三態(tài)開關(guān)電路(包含一個PFC電感加一個自耦合變壓器)將一路功率分為兩個的功率支路，可實現(xiàn)兩個支路功率的自動均流，這種交錯并聯(lián)方式可適用于大功率應(yīng)用場合。(不希望開關(guān)管超過2個，動態(tài)均流不好做，也是一個選擇該拓?fù)涞脑颉?

2. 該拓?fù)涞膬蓚€功率支路開關(guān)相差為180度，實現(xiàn)了PFC電感電流紋波的近似倍頻，可在三相三電平VIENNA基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低器件開關(guān)損耗降、輸入電流紋波、減小濾波器體積，提高功率密度和效率;同時也促成了每相的三種開關(guān)狀態(tài)和五種電平模式(因此也稱三相三態(tài)開關(guān)VIENNA或稱三相五電平VIENNA電路)，五電平比三電平的階梯形更接近正弦波，更有利于降低輸入電流諧波失真度。