近年來，隨著電力電子技術的發展，大量的非線性負載接入電網，導致電網質量急劇惡化。給電網帶來日益嚴重的諧波危害，降低設備的功率因數，難以滿足相關標準(GB/T14549-93、IEEE519-1992、IEC1000-3-2等)要求。為了較好的提高接入電網設備的功率因數和降低諧波，就是在使用設備的供電端加入功率因數校正(PFC)電路。

傳統的功率因數校正技術主要是對單相PFC電路做研究，并且技術已經相當成熟，如基于平均電流控制算法的UCC3854功率因數校電路。但是，單相PFC在應用方面受到了功率的限制，使用范圍有限。而針對大功率三相PFC當前主要有兩種設計方法，一種是將其分為三個單相電路來處理，將輸出端并聯，但該方法設計復雜，成本較高;另一種是采用空間矢量算法，但該方法算法用在三相PFC中，由于存在高頻干擾，導致其穩定性差。而針對大功率三相PFC的特點，本文設計了基于平均電流法算法、VIENNA結構的整流電路，并在此基礎上加上了輸出母線電壓平衡控制實現了單位功率因數，解決了三電平中點平衡問題。通過在三相電壓不平衡和負載突變實驗，對VIENNA 整流器進行了分析，其結果證明了該控制策略的可行性。

2 VIENNA整流器的工作原理

VIENNA結構功率因數校正電路結構如圖1所示，其中交流側的Li為等值平波電感，起到傳遞能量、抑制高次諧波、平衡橋臂終端電壓和電網電壓的作用;C1、C2為輸出濾波電容，為高次諧波電流提供低阻抗通路，減少直流電壓紋波，同時還有平衡中點電位的作用。三相中的每相都由一個由全控開關器件(分別是Sa, Sb, Sc)和4個二極管組成的雙向開關。

圖1 VIENNA整流器結構圖

3 VIENNA 整流器的控制與輸出母線平衡算法

PFC軟件算法是借鑒模擬芯片UC3854的平均電流型控制方法，平均電流型控制采用電壓外環和電流內環的雙環控制，由乘法器實現電流給定的計算，同時達到恒功率輸入的目標。因此運算的核心包括雙環調節計算和電流給定的乘法器計算，乘法器中的除法通過查表得出，以減少中斷執行時間。控制算法流程如圖2所示。

圖2 平均電流控制算法示意圖

三電平PFC電路采用正負母線輸出，所以要控制正負輸出平衡：δ=k*(Vp-Vn)。把δ疊加到電壓波形給定中去，這樣可以調節母線平衡。δ越大，調節平衡能力越強，但是注入到輸入電流的諧波也就越大，影響THD指標。重載下電流大，系數k可以取小。輕載下電流小，系數k要取大，加強平衡調節能力。所以在程序中，輕載(35A以下)，k值取值較小;重載(35A以上)，k值取值較大。

if(uiDcPower < 54*35 )

{Pfcisr.ui_Pfc_Vin_CompRatio = 256;}

else

{Pfcisr.ui_Pfc_Vin_CompRatio = 20;}

4 硬件設計及其樣機驗證

為了證明VIENNA整流器控制方法的可行性，設計了基于TMS320F2808 控制芯片的6kW整流器樣機，采樣頻率為90kHz。其實驗參數：輸出功率Po=6.2kW;相電壓有效值Urms=220V;直流母線電壓Udc為+400V和-400V;輸入濾波電感Ls=2.8mH;直流母線電容C1=C2=1500μF。控制原理如圖3所示。

圖3. 系統控制示意圖

對VIENNA整流器的額定工作狀態進行實驗，并假設三相輸入電壓平衡且負載無波動。圖3為穩態額定負載條件下VIENNA整流器樣機的實驗波形。由圖可見，VIENNA整流器在穩態條件下，輸入線電流能跟蹤正弦輸入相電壓波形，且實現了直流側穩壓和電容電壓平衡控制，實驗測得THD=1.58%，PF=0.99。圖4為在輕載情況測試VIENNA整流器的波形，從波形可以看出，在輕載情況下，整流器的諧波含量明顯增加。