基于无桥PFC的单相三电平变换器设计

徐甜川，张杰

（1.三峡大学 电气与新能源学院，湖北宜昌 443000；2.东北电力大学 经济管理学院，吉林吉林 132012）

引言

无桥功率因数校正(PFC)电路由于去除了传统Boost PFC前级二极管整流桥，电路通态损耗低、效率高，得到广泛关注[1,2]。dual-boost无桥电路[3-5]在传统无桥PFC的对地侧增加了两个二极管作为低频电流的回路，桥臂上开关只作为高频开关不参与低频续流，具有更低的共模干扰，缺点是这种拓扑必须使用两个电感，功率密度不高；图腾柱无桥拓扑具有较低的EMI[6-8]，使用元件相对较少，可以有效提高电路效率，但对元件性能的要求较高；前级二极管整流桥中间嵌入一对反向串联的开关管[9]，提出了一种无桥PFC变换器，为本文提出的电路提供了思路。此外，多电平PFC变换器在许多文献中被认为是提高电能质量和效率的一种解决方案[10-12]。与两电平整流器相比，它们的主要优点是具有更低的开关损耗和谐波分量。

本设计将无桥PFC电路与多电平技术相结合，提出了一类新型无桥三电平PFC电路。以对称无桥三电平PFC电路为例，详细分析其拓扑构造、工作原理以及调制系统等，并对其器件选型给出了计算过程，对电路的损耗计算建立了数学模型，最后通过仿真搭建1 kW/50 Hz的样机进行试验验证。

1 拓扑结构与工作原理

1.1 拓扑结构

图1给出两种双向开关结构，图1(a)为可四象限流通开关管，因其开关少、成本低，被广泛地应用在变换器电路中[13]；图1(b)所示T型NPC分支结构由两个串联的共源/漏极开关组成，该双向开关可共用一个驱动信号控制电流流通方向[14-16]。……