三相三电平维也纳PFC的控制地的选择分析

本文今天要讲的三相三电平维也纳PFC控制地的选择,在大功率充电桩的充电模块的方案设计中,控制地的选择会影响电源控制板信号采样运算的可靠性,从而决定电源模块工作安全稳定性。

在传统的单相有桥PFC中,一般把PFC电容的负极作为控制AGND,因为该点的电压通过整流桥跟输入的L、N相连。当输入为正半周的时候,AGND为整流桥钳位在N线;当输入负半周的时候,AGND被整流桥钳位在L线;所以母线电容的负极地AGND(相当于PE)是一个工频的变化,由于输入一般都是50Hz的交流电,所以相对还是比较稳定的,可以作为控制电路的控制地。 但是相比较Vienna PFC就不一样了,母线电容的中点相对与工频电压中点(PE)是一个开关级的5电平高频变动的电平:±2/3Vo、0、±1/3Vo(这里的Vo代表母线电压的一半,典型值400V,5电平是如何产生的请参考开关状态附件的eon),如果以如此大的高频波动去作为控制地的话,那么噪声和共模干扰就会非常的大,可能会导致采样电压和驱动不准确,严重影响到电路的可靠性。

由于电容中点的高频变化不能作为控制地,那怎么办?我们是否可以认为的构建一个虚拟的地来作为控制地AGND?我们可以采用在三相输入之间通过分压电阻相连,采用Y型接法来产生虚拟地而作为控制地。不过构建了这个控制地后,那么其他所有的采样、驱动都要以差分和隔离的方式相对于这个控制地来工作。采用这种方法,输出电容中点O与控制地AGND分开了,避免了高频剧烈变动带来的干扰。   




这样做是不是完美解决了控制地的问题?在实际工作过程中,AGND依然存在剧烈的波动,并不是我们想象的那么平静,AGND跟随着O在剧烈的波动,AGND的峰峰值非常的大。

如何解决?其根本原因是AGND 和O之间存在采样电阻的连接(输出电压的采样),而AGND跟PE之间又存在Y电容连接,在O点的高频信号作用下,AGND自然就被迫分担一定比例的电压。解决方案是在AGND与PE之间增加一个低阻通路来降低阻抗,承担一定的电压来降低AGND-PE的纹波电压。

后续我们会从母线均压原理、原理仿真、如何实现数字化几个方面继续介绍三相维也纳 (Vienna) 主拓扑。

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