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【原创】三相维也纳PFC原理与设计实例

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main
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本网技工
  • 2015-12-11 10:57:28
初次注册,给大家详细讲解三相维也纳拓扑PFC的原理和设计实例。
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本网技工
  • 2015-12-11 11:12:10
 
VIENNA 整流器有如下特点: 优点:1)在相同的电平数下,开关器件由 12 个减小为 3 个;因而开关损耗
小,效率高;
2)电路得到简化、可靠性更高;
3)简化了控制环节,降低成本和体积。 缺点:1)能量只能单向传递;
2)同样需要大量的二极管;
3)存在直流分压电容电压不平衡问题。

QQ图片20151211111020.png
在下面我给大家介绍VIENNA整流器的基本工作原理,为了后面的控制策略和代码编写都是非常重要的基础知识。不可小视。




本帖最后由 main 于 2015-12-11 11:15 编辑

main
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本网技工
  • 2015-12-11 11:18:10
 
假设三相平衡系统,则有:

  Ua = Umcos(wt)

Ub = Umcos(wt-2pai/3)

Uc = Umcos(wt+2pai/3)
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本网技工
  • 2015-12-11 11:21:18
 
大家再看看三相电网是什么样的电压波形

QQ图片20151211111839.png


由上图可知,每相之间相位差120度


main
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本网技工
  • 2015-12-11 11:22:23
 
以 0 ≤ ωt ≤ π / 6 为例,说明三相电压在整流状态时的工作情况。在这个区间
A 相的输入电压始终为正,B、C 相的输入电压始终为负。设开关管导通时为1, 关断时为 0。则三相开关有 23  = 8 种状态,分别如下:
状态 0(0,0,0):开关管 Sa ,Sb , Sc 关断,电压 uAO = udc /2 , uBO = −udc /2 ,
uCO = −udc /2 正向电流对电容C1及C2充电。
状态1(0,0,1):开关管 Sa , Sb 关断 Sc 开通,电压uAO = udc /2 ,uBO = −udc  /2 ,
uCO =0 正向电流对电容C1充电,C2通过直流侧负载放电。

状态 2(0,1,0):开关管 Sa ,Sc 关断, Sb 开通,电压 uAO = udc /2 ,uBO =0,
uCO = −udc /2 ,正向电流对电容C1充电,C2通过直流侧负载放电。
状态3(0,1,1):开关管 Sa 关断,Sb ,Sc 开通,电压uAO = udc /2 ,uBO =0, uCO =0,
正向电流对电容C1充电,C2通过直流侧负载放电。
状态 4(1,0,0):开关管 Sa 开通, Sb ,Sc 关断,电压uAO =0, uBO = −udc  /2 ,
uCO = −udc /2 ,C1通过直流侧负载放电,正向电流对电容C2充电。
状态5(1,0,1):开关管 Sa 开通, Sb 关断,Sc开通,电压uAO =0,uBO = −udc  /2 ,
uCO =0,C1通过直流侧负载放电,正向电流对电容C2充电。
状态6(1,1,0):开关管 Sa ,Sb 开通,Sc 关断,电压uAO =0,uBO =0,uCO = −udc  /2 ,
C1通过直流侧负载放电,正向电流对电容C2充电。
状态7(1,1,1):开关管 Sa , Sb , Sc 开通,电压uAO =0,uBO =0,uCO =0,C1,
C2通过直流侧负载放电。
由上面可推知线电压uAB 可产生四个电平: udc , udc /2 , −udc  /2 ,0,其绝 对值是三个,组成了三电平。uBC ,uCA 也由三电平组成。用这三个电平合成的阶梯波,接近正弦输出电压。其它扇区可仿照上面推得。
建立研究对象的数学模型,是深入研究和分析对象的工作机理、特性,以
及提高系统控制性能的基础和必要手段。

main
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本网技工
  • 2015-12-11 11:24:15
 
上面有什么不懂的请尽快提出来,搞懂了我就往下面讲解,最后就是代码实现
我用的是TI的TMS320F28335     

150M主频,浮点运算

main
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本网技工
  • 2015-12-11 13:02:22
 
看来没什么人关注三相维也纳PFC,建议论坛删了我这个帖子。谢谢
chaos2008
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副总工程师
  • 2015-12-11 16:37:56
 
要是有模拟芯片控制维也纳结构的关注的就会多了
hlp330
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版主
  • 2015-12-11 16:58:21
 
上图中,如果增加3个MOSFET的话,可以省掉12个二极管,控制也不是很复杂
yangyuanqing545
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助理工程师
  • 2017-10-16 14:17:01
 
不是很复杂,只是增加了几个矢量的运算,
sre2017
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本网技工
  • 2017-2-17 13:58:52
 
我们2006年就做出来量产了,模拟方案。
stopower
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高级工程师
  • 2015-12-12 14:11:57
 
还望楼主继续,虽然不一定会用这种架构,但作为一种新思路学习一下还是很好的。
btclass
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高级工程师
  • 2015-12-13 01:16:39
 
提示: 该帖被管理员或版主屏蔽
better
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高级工程师
  • 2016-4-20 18:46:56
 
刚看到版主的帖子。我司正在做三相维也纳结构PFC,老大还不给我们培训,项目就好上马了,我一点都不懂。希望版主还是继续写下去吧,给我们这些爱技术的人一个学习提高的机会。爱技术的人会参与讨论的。
本帖最后由 better 于 2016-4-20 18:48 编辑

湖湘子弟
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本网技工
  • 2016-11-16 08:04:49
 
关注的比较迟,楼主请更新
CHHWWANG
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初级工程师
  • 2016-11-21 12:15:16
 
你好  版主,你这个三相VIENNA控制有程序吗,能否给小弟参考一下吗?
cyx7610
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副总工程师
  • 2018-5-30 23:51:05
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谢谢分享.





Lyj7701174
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本网技师
  • 2017-2-20 11:23:48
 
大赞,不过可以再精细点
deltadxy
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本网技师
  • 2018-5-30 22:57:47
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状态1(0,0,1):开关管 Sa , Sb 关断 Sc 开通,电压uAO = udc /2 ,uBO = −udc  /2 ,
uCO =0 正向电流对电容C1充电,C2通过直流侧负载放电。
我认为C2没有放电,想问下C2的放电回路是什么?
barryking
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本网技师
  • 2016-11-10 16:15:59
 
换成两个MOS做双向比较常用,控制上用平均电流控制模式就可以,简单可靠。现在这个拓扑比较固定了,就是管子数量多,成本不好控制。
read01
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高级工程师
  • 2016-12-7 19:11:21
 
谢谢分享!!!
paojiao
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副总工程师
  • 2018-5-31 10:57:49
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main工,请继续啊
xkw1cn
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版主
  • 2015-12-11 13:41:49
 
恕我直言;不是不关注,是觉得你的电路太复杂。开关管减少到3只;可快恢复增加了两倍且需要中线。。。。如同一台机器可以代替十人工作却需要二十人维修一样。。。
一个本来三相桥就可以搞定的事。。。。

算法上;建立从理论开始,比如适量控制开始,如何从数学模型到构建系统。。。状态机列的不清楚。。。
世纪电源网_NEV
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实习版主
  • 2017-3-10 08:57:34
 
嗯,也可惜维也纳无法做能量双向流动
yangyuanqing545
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助理工程师
  • 2017-10-16 14:18:01
 
可以做双向流动,把几个二极管全部换成三相的IGBT
yangyuanqing545
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助理工程师
  • 2017-10-16 13:56:54
 
普通的三相桥不能做PFC使用,三相维也纳不是光整流最大的作用是PF的校准,因此比较大型的设备,上几乎都用到,只不是现阶段做比较大型设备的人比较少而已。因此这贴才这样。。。贴是好贴。。

yangyuanqing545
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助理工程师
  • 2017-10-16 14:20:23
 
他列举了一种状态机,其他的两种自己可以去推了,他这个是最适合控制的状态构架了。。
nc965
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版主
  • 2015-12-11 23:37:52
 
我之前也这样干过,诸多问题,放弃了,还是中规中矩的好。
主要问题是用二极管搭建的双向开关,要吃掉不少效率点,效率不会高。
不过这个电路也有特点,讨论一番还是不错的,楼主请继续。
btclass
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高级工程师
  • 2015-12-12 10:17:17
 
这架构不错啊。最大亮点是可以用单周期控制,并且没有啥死区直通的担忧
btclass
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高级工程师
  • 2015-12-17 00:22:52
 
好贴居然沉底。学术在哪里?
btclass
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高级工程师
  • 2015-12-17 00:25:34
 
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yangyuanqing545
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助理工程师
  • 2017-10-16 14:00:14
 
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yangyuanqing545
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LV3
助理工程师
  • 2017-10-16 13:59:16
 
二极管是单向的不必担心直通,但是二极管压降相对比较大,因此吃掉一部分效率,如果时序或者伏秒控制得好,好事推荐IGBT

老高工
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本网技工
  • 2016-3-4 08:46:10
 
你好!

看了你的帖子,我们正在开发一款8KW的三相PFC,希望有机会合作。

武工

teL:13312903584
email:prazisa@163.com

amamze
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高级工程师
  • 2016-3-7 16:21:43
 
先收藏了,等待卤煮更新,最近才开始认真研究PFC,对维也纳很有兴趣
stopower
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高级工程师
  • 2016-4-7 10:50:50
 
现在比较火的充电桩模块,三相PFC的主流架构应该是维也纳的吧。
amamze
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高级工程师
  • 2016-4-7 11:44:31
 
是啊,不过技术难度还是比较大的,我公司的充电机都没用维也纳,因为压根就没招到能搞得软件工程师
wells
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助理工程师
  • 2016-5-12 11:10:12
 
打算用什么控制方法,SVPWM,还是单周期控制。
我们用的单周期控制,做了两款,都还可以。
想对比一下SWPWM。

另外:用一个普通电感 + 一个耦合电感。每一相有两路交错PWM控制。这种拓扑叫什么拓扑?(华为的充电机就是用这种)。

本帖最后由 wells 于 2016-5-12 11:30 编辑

paojiao
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副总工程师
  • 2017-3-10 08:31:45
 
您说的耦合电感加普通电感的拓扑能给详细说说么?我好像也见过类似的
世纪电源网_NEV
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LV7
实习版主
  • 2017-3-10 08:54:14
 
能提供原理图看看吗?
世纪电源网_NEV
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LV7
实习版主
  • 2017-3-10 08:54:44
 
或者简单的示意图也可以啊
yangyuanqing545
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LV3
助理工程师
  • 2017-10-16 14:21:22
 
无桥PFC
dxb0571
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高级工程师
  • 2018-3-27 11:12:20
 
均流
wells
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助理工程师
  • 2016-5-12 11:20:02
 
RMB给得足,就可以招到。
amamze
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LV6
高级工程师
  • 2016-5-12 21:22:29
 
其实也不低了(18K的上限加年终3个月的奖金,貌似也算过得去了),就是公司位置不是太好,不过,也没我啥事,反正现在就打打杂
westbrook
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LV8
副总工程师
  • 2016-5-14 20:56:17
 
我也准备搞三相无中线的VIENNA PFC拓扑了,先了解下工作原理,然后仿真。现在充电桩的前级基本都是这个拓扑。
三相三电平PFC一般采用两种PWM发波方式,一种是矢量发波(SVPWM),另一种是常规发波;利用DSP的灵活性可以很好的判断PFC是矢量发波还是常规发波!
还有楼主写的内容貌似就是一篇硕士论文,如果采用双向MOSFET开通(共6pcs),就可以节约12个二极管了,楼主发的原理图在可操作性上不太现实。
edgaogao
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高级工程师
  • 2016-5-16 16:28:56
 
支持,好好学习
wells
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助理工程师
  • 2016-5-19 15:23:02
 
楼主的电路可行的,去年有好几家做充电桩模块的都用这个电路。现在有一部分改成交错的。
6个MOS管的成本应该比12个二极管的成本贵。
SVPWM,是不是要锁相?如果三相不平衡,怎样处理?

本帖最后由 wells 于 2016-6-8 09:52 编辑

swallowlist
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本网技师
  • 2016-5-21 23:26:21
 
车载充电机是单相和三相是可以兼容的,比如:比亚迪E6的车载充电机。
yfei827
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初级工程师
  • 2017-3-20 11:58:04
 
你确定BYD  E6能支持单相交流充电???
xtdfa
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高级工程师
  • 2016-7-5 10:31:30
 
我们用的SVPWM,用单周也要锁相的吧
dianyuanjiang
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本网技师
  • 2017-6-9 10:48:35
 
SVPWM的制约因素在成本,需要更好的芯片,至于算法都很成熟
swallowlist
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本网技师
  • 2016-5-21 23:28:26
 
充电桩,模块目前就是维也纳整流。
zhenxiang
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高级工程师
  • 2016-11-21 16:21:13
 
看到大多维也纳结构的都是用的6只MOS 快恢复二极管没这么多。之前做过个小功率的三相PFC 没有研究通维也纳结构,就采用了更简单的双管三电平做交错PFC。正好跟着学习下。
westbrook
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LV8
副总工程师
  • 2016-12-8 08:08:38
 
三相无中线vieena拓扑还是要搞起来,最近在研究,一起讨论讨论。
Qa1/Qa2,Qb1/Qb2,Qc1/Qc2可以分别共用驱动信号。
1.PNG
westbrook
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副总工程师
  • 2016-12-8 08:19:04
 
每相一个双向开关,每个开关由两个MOS管组成,利用其固有的反并联体二极管,共用驱动信号,降低了控制和驱动难度,比其他组合方案,具有效率高、器件少的特点。以a相为例,双向开关Qa1/Qa2导通时,电流流过这两个MOS管,此时Vao=0,桥臂中点被钳位到PFC母线电压的中点,双向开关关断时,电流流过一个二极管,当ia>0时,Vao为正母线电压,当ia<0时,Vao为负母线电压,桥臂中点被钳位到正母线电压或者负母线电压,所以,桥臂中点有三种电平。


westbrook
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副总工程师
  • 2016-12-8 08:23:53
 
我仿真的驱动波形,采用SVPWM控制,以0-60°的扇区为例,其他都是对称的,共有7种开关状态。
driver.png
chenyh23
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本网技工
  • 2016-12-16 23:49:50
 
有没有Saber仿真的文件啊?求共享啊
zhang_long
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本网技工
  • 2016-12-17 14:26:21
 
PFC电路电流环路怎么控制
westbrook
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副总工程师
  • 2016-12-19 09:10:38
 
三相PFC电流环的控制与单相的boost电路控制方法一样的。单相PFC控制可以参考UC3854的控制方法。三相Vienna拓扑只是多了一个均压环路,由于要对PFC母线进行均压处理,将PFC均压环路计算的结果注入到PFC电流环的给定里面去,保证均压效果。
dianyuanjiang
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本网技师
  • 2017-6-9 10:52:35
 
能具体阐述一下母线均压控制思路吗?
paojiao
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副总工程师
  • 2017-3-10 08:24:52
 
请教一下三相维也纳PFC电感计算?能给分享些资料或者经验么谢谢
atu919
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  • 2018-4-19 20:20:51
 
你好:
     我目前也在做三相PFC,请问你的PFC电感是怎么计算的,能发我份看看吗?谢谢!我的邮箱是247592196@qq.com
h8f10
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副总工程师
  • 2018-4-19 22:42:47
 
这个简单,每相按三分之一功率,电压按最低相电压,母线按半个BUS,其实差不多等于一个单相PFC
h8f10
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副总工程师
  • 2018-4-19 22:46:58
 
如图,15KWPFC,三只500~600UH电感基本OK
2018-04-19_224541.png
atu919
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助理工程师
  • 2018-5-14 16:33:30
 
你好,最小输入电压不需要转化为相电压来计算最大电流吗?
h8f10
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  • 2018-5-15 08:52:52
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atu919
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助理工程师
  • 2018-5-29 09:17:01
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你好,你说的VINac=300V,这是线电压吧,但是实际应该用相电压计算吧
ychw1986
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本网技工
  • 2017-1-6 16:53:30
 
目前我们公司在做的充电机也是这个拓扑,目前在研究锁相环。
yangyuanqing545
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助理工程师
  • 2017-10-16 14:23:09
 
你这种是和他的二极管控制是一样的,但是就是怕MOS直通,因此他用二极管可以很好预防这个问题,但是二极管损耗大,也是一个最大的毛病
srtx
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本网技工
  • 2018-4-20 11:08:25
 
请问普通出波是怎么出的,有资料吗,如果有的话方便发我一份吗,460701934@qq.com,谢谢了
世纪电源网_NEV
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实习版主
  • 2017-3-10 08:55:26
 
钱没给到位吧
jiangdonggood
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助理工程师
  • 2016-11-23 14:08:17
 
好东西,希望讨论热烈一点
smithhu
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高级工程师
  • 2017-1-3 19:12:48
 
这个电路在三相输入通信整流器中用的非常成熟了,由于做汽车充电器的人基本上都是之前做过通信整流模块的人,所以现在的汽车充电器基本上都是采用这个架构,当然也有用三个单相boost 做的产品。
read01
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  • 2017-1-6 19:25:19
 
三相维也纳PFC的开关频率一般会到多少啊?
qinshunjun
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  • 2017-2-22 13:11:49
 
有没有时序图?看看时序图就清楚了。
westbrook
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副总工程师
  • 2017-2-22 16:14:51
 
看功率,如果是15KW的话,主流是25kHz~45kHz
read01
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  • 2017-2-22 19:44:38
 
赞!三相维也纳结构的MOsfet的驱动一般怎么实现啊?
westbrook
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副总工程师
  • 2017-2-27 16:05:59
 
采用隔离运放+驱动芯片。
read01
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高级工程师
  • 2017-2-28 20:10:24
 
低成本应该是用驱动变压器搞定吧,用隔离芯片和驱动芯片还需要二次侧用电,成本有些搞不下来吧
h8f10
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副总工程师
  • 2017-4-26 18:20:24
 
没必要啊,直接一颗隔离驱动就搞定。安华高大把这种东西,
paojiao
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副总工程师
  • 2017-3-10 08:25:42
 
三相维也纳PFC电感计算能给分享一下么?谢谢
zxz
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  • 2017-3-9 22:53:09
 
说的好,很有感触,好好学习。
世纪电源网_NEV
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实习版主
  • 2017-3-10 08:56:26
 
均压不太好控制
westbrook
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  • 2017-4-19 17:01:54
 
加入偏压环。
Bodoni
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总工程师
  • 2017-3-20 23:34:24
 
支持楼主!
ruohan
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  • 2017-5-5 09:01:16
 
继续啊
wszdxp2004
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  • 2017-6-1 08:25:02
 
Mark_wszdxp
jsapin
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本网技师
  • 2018-2-2 14:44:18
 
没做过,能有哪位大咖系统的讲一讲就好了
jsapin
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本网技师
  • 2018-2-2 14:47:52
 
原来的庄主main如果能接着原来的往下讲就好了,很期待大家讲一讲,给我们这些没做的人先学习一下
srtx
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本网技工
  • 2018-4-20 11:05:38
 
研究生毕设课题就是这个,目前在做开环调节,不知道怎么下手
caesar951038
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本网技工
  • 2018-4-27 22:13:47
 
最近有这方面项目3相PFC,望合作.江工13521275786
westbrook
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  • 2018-6-8 19:30:12
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可以看看这个帖子,写的比较清楚。
http://bbs.21dianyuan.com/thread-299730-1-2.html
FHXWT
  • FHXWT
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  • 2018-5-2 15:18:51
 
谢谢 觉得很详细
文章大人
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副总工程师
  • 2018-5-2 15:22:57
 
顶起来。学习了
ckj_ck
  • ckj_ck
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  • 2018-5-3 14:23:26
 
多谢分享
fushuangqian
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本网技工
  • 2018-5-21 14:05:51
  • 倒数9
 
谢谢分享
clover333
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  • 2018-6-7 22:20:05
  • 倒数4
 
了解下,以前还真没了解过!
westbrook
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副总工程师
  • 2018-6-8 19:20:14
  • 倒数3
 
可以看下这个帖子,写的更详尽。
http://bbs.21dianyuan.com/thread-299730-1-2.html
clover333
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最新回复
  • 2018-6-8 20:51:35
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非常感谢,去看看!
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