——杨晨和科越马斯梅德利, IEEE的高级会员
摘要：并联三相功率因数校正（PFC）整流器，大功率应用是一个关键问题，因为它的功率范围延伸到一个更高的水平，并允许采用模块化设计，这对于电流共享和循环电流控制模块之间的技术来说是一个挑战。本文在两个并联整流器上研究这些现象，提出了一种新的电流共享的方法基于单周期控制（OCC）与向量运算和双极性操作。原来的OCC电路和各个模块之间的通信路径中，输入电流共享和循环电流是有限的，而OCC优点，如恒定的开关频率，没有乘法器，和简单的电路，将被保留。两个OCC PFC整流器各为2.5千瓦的建造和使用提出的并联方法绑在一起。实验已经证明了这种方法的简单性和有效性。 索引条款：循环电流，电流共享，单周期控制（OCC），并联整流，功率因数校正（PFC），向量运算。
一、引言
对于高功率应用，三相电源常用在交流 - 直流的情况下，通常有两种配置，一个是三个单相功率因数校正（PFC）整流器的组合，另一个是三相PFC整流器。后者具有独特的优势。首先，能流是恒定的，这
可以降低电容器的数目和大小；第二，更少的使用交换机；第三，由于较高的效率，降低了开关损耗和传导损耗，而且，单周期控制（OCC）技术的控制电路与三相整流的控制电路一样的简单。
此外，三相PFC整流器并联运行的功率范围延伸到一个更高的水平，并允许模块化的设计。以往，N 1模块目的用于处理冗余，以提高系统的可靠性。然而，并联仍然不无风险。相关的并行PFC整流器在三相系统中有两个主要问题，如下所示：1）所有的模块的电流共享2）产生的相位不同的并联模块的循环电流。已经报道了许多方法以解决第一个问题。在所有的方法中，“自动主”（或称为“民主的电流共享”）方法得到广泛的普及，因为其简单，易于扩展的。然而，其局限性是互连参考总线之间需要的所有模块直接电流调节。至于循环电流而言，有许多文献致力于研究其抑制方案。在文献[7]中，一个三相隔离变压器是用来阻止分离每个PFC模块的输入的循环电流的通路。但是，变压器的笨重，尤其是对于高功率应用。在文献[8]，循环路径的阻抗间增加电抗器。此方法用于高频循环电流是有效的。对于在低的频率，例如两个不同的模块的拍频电流，该反应器可以是太笨重。在文献[9]和[10]，所有模块之中，将它们作为一个单一转换器的部分插入同步控制。然而，这种方法需要一些高频的通信信号，是容易受噪声污染的，并且转换器的安装不灵活。第[11]文献提出一个非零向量空间矢量调制（SVM），以避免循环电流当并联PFC整流器间断SVM控制的可能性。它虽然不连续，但支持向量有效地降低了开关损耗，不连续的6个区域的边界处的平均占空比给了循环电流一个机会，因为在连续的区域中使用两种类型的零矢量。然而，非零矢量SVM的方法给出了一个较大的电流纹波。第[13]
文献，在零矢量的占空比的控制变量引入并联PFC整流器的平均模型的基础上。通过控制零矢量的持续时间与一阶的电流控制回路，循环的电流可以被极大地抑制。为了改善瞬态表现所提出的方法，文章[14]提出的连续和离散变结构控制方法，这是基于DQ变换的信息。 [11]，[13]，[14]，以DSP或微处理器为基准计算，向量选择，或转
换信号，这可能会增加电路的复杂性和成本，在控制电路时，通常需要使用。金属按键
图1.三相PFC整流器。
本文提出了一个新的基于OCC并联方法，以便让每个模块的输入电流，根据其额定功率和控制的所有模块之中循环电流，同时保持低开关损耗。任务1），用于互连线电流共享在所有的模块共享一个直
流信号。任务2），用于向量操作和双极性工作模式之间的交替，也就是说，当两个并联三相OCC PFC整流器向量中的操作模式时，循环电流在预先设定的极限之内，一旦循环电流超过极限时，OCC与双极操作模式不工作，直到流通电流下降到低于极限。预设的限制是这样选择的循环电流是可以接受的，整流器大部分时间是向量中的操作模式。通过这种方式，保留矢量操作的低开关损耗的优点。这种方法的实施，涉及除了原始OCC控制器之外的每个模块轻微OCC控制器之间的通信。由于这种方法只需要在所有的模块之间共享一个DC信号，通信负担是最小的，而且并联模块的安装是灵活的。 OCC并联的控制方法，并不一定需要DSP，微处理器，或乘法器计算作参考，同时保持恒定的开关频率和简单的电路的优点。
在本文中，简要在第二节回顾了OCC PFC与向量运算和双极操作，然后，在第三节对PFC整流器并联运行进行了分析，第四节介绍了拟议的PFC整流器的控制核心，和并联的性能，第五节中进行了实验验证；在第六节给出结论。
二、三相OCC PFC整流器
图1示出了典型的六开关PFC整流器桥拓扑。假设各臂的上部和下部的开关操作互补的开关频率远远高于行频，桥是相当于三个电压控制电压源，图2显示了其等效平均模型。
蛇板
来自[15]中的输入和输出的关系如下：
其中Dan，Dbn和Dcn分别是San，Sbn，Scn的占空比。由于上述（1）的矩阵是奇异的，没有独特的解决方案。在OCC PFC与向量操作模式和双极性工作模式下，可以实现如下。
图2. PFC的平均模型
拉伸机机械手
天燃气燃烧机
图3.单周期内的波形
图4.等效双Boost电路
A.OCC PFC用向量操作模式
向量操作模式，一个周期，如图.3所示，可分为6个区域，根据各相电压的零交叉点。在每个区域中，由两个开关的主导，其电压是相反的，另外两个开关在整个区域中保持ON和OFF时，其他相的开关，在控制开关频率。在这种方式中，六开关桥可解耦成并联连接的双升压拓扑结构。例如，在区域（0度〜60度），如图所示.4，在整个地区中开关Sbn保持开通和SBP关断，而开关Sap,San,Scp和Scn控制开关频率。该电路可以被视为一个并联连接的双升压转换器，输入电压为νab和νcb。
图5.OCC PFC控制器采用矢量操作模式
因此，在区域1，让Dbn = 1，设νj= Re•I j（j= A，B，C）代入（1）中，控制方程可以推导出：
Vm是所产生的电压反馈补偿，RS是电流检测电阻，Re是模拟的电阻。
从（2）中看，只有两相电流需要用于产生在每个区域的两个独立的占空比。第三电流从其他两个计算，因为ia+ib+ic= 0在一个单独的PFC整流器中总是满足的。没有在高频率切换在每个区域的电流相位。因此，开关损耗也大大降低。同样等效电路和控制其他区域的关键方程，可以推导出由相同的装置、相同区域的控制电路。其由一个电流选择电路和一个驱动信号分配器指定根据的选择信号，如图.5所示，可以实现所有的控制方程。
B. OCC PFC双极性工作模式
在双极模式操作，由控制的主要方程，推导出
其中Rs是电流检测电阻。 Vm是反馈补偿器的电压：Vm = Rs*（E / Re）K1，其中Re是仿真的电阻。为方便起见，K1被选择为0.5。
在每个开关周期中，所有的三相电流可以感测到开关的开通和关断，因此，它们紧紧跟随其相应的电压。它不需要满足ia+ib+ic= 0的条件，虽然它在一个单独的PFC整流器自动满足。由于所有在开关频率上的开关操作，开关损耗高于OCC PFC整流器与矢量运算。 OCC PFC控制器与双极性工作模式如图. 6。
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