近年来，随着电力电子技术的发展，大量的非线性负载接入电网，导致电网质量急剧恶化。给电网带来日益严重的谐波危害，降低设备的功率因数，难以满足相关标准(GB/T14549-93、IEEE519-1992、IEC1000-3-2等)要求。为了较好的提高接入电网设备的功率因数和降低谐波，就是在使用设备的供电端加入功率因数校正(PFC)电路。
传统的功率因数校正技术主要是对单相PFC电路做研究，并且技术已经相当成熟，如基于平均电流控制算法的UCC3854功率因数校电路。但是，单相PFC在应用方面受到了功率的限制，使用范围有限。而针对大功率三相PFC当前主要有两种设计方法，一种是将其分为三个单相电路来处理，将输出端并联，但该方法设计复杂，成本较高;另一种是采用空间矢量算法，但该方法算法用在三相PFC中，由于存在高频干扰，导致其稳定性差。而针对大功率三相PFC的特点，本文设计了基于平均电流法算法、VIENNA结构的整流电路，并在此基础上加上了输出母线电压平衡控制实现了单位功率因数，解决了三电平中点平衡问题。通过在三相电压不平衡和负载突变实验，对VIENNA 整流器进行了分析，其结果证明了该控制策略的可行性。
2 VIENNA整流器的工作原理
VIENNA结构功率因数校正电路结构如图1所示，其中交流侧的Li为等值平波电感，起到传递能量、抑制高次谐波、平衡桥臂终端电压和电网电压的作用;C1、C2为输出滤波电容，为高次谐波电流提供低阻抗通路，减少直流电压纹波，同时还有平衡中点电位的作用。三相中的每相都由一个由全控开关器件(分别是Sa, Sb, Sc)和4个二极管组成的双向开关。
图1 VIENNA整流器结构图
3 VIENNA 整流器的控制与输出母线平衡算法
PFC软件算法是借鉴模拟芯片UC3854的平均电流型控制方法，平均电流型控制采用电压外环和电流内环的双环控制，由乘法器实现电流给定的计算，同时达到恒功率输入的目标。因此运算的核心包括双环调节计算和电流给定的乘法器计算，乘法器中的除法通过查表得出，以减少中断执行时间。控制算法流程如图2所示。
图2 平均电流控制算法示意图
三电平PFC电路采用正负母线输出，所以要控制正负输出平衡：δ=k*(Vp-Vn)。把δ叠加到电压波形给定中去，这样可以调节母线平衡。δ越大，调节平衡能力越强，但是注入到输入电流的谐波也就越大，影响THD指标。重载下电流大，系数k可以取小。轻载下电流小，系数k要取大，加强平衡调节能力。所以在程序中，轻载(35A以下)，k值取值较小;重载(35A以上)，k值取值较大。
if(uiDcPower < 54*35 )
{Pfcisr.ui_Pfc_Vin_CompRatio = 256;}
else
{Pfcisr.ui_Pfc_Vin_CompRatio = 20;}
4 硬件设计及其样机验证
为了证明VIENNA整流器控制方法的可行性，设计了基于TMS320F2808 控制芯片的6kW整流器样机，采样频率为90kHz。其实验参数：输出功率Po=6.2kW;相电压有效值Urms=220V;直流母线电压Udc为+400V和-400V;输入滤波电感Ls=2.8mH;直流母线电容C1=C2=1500μF。控制原理如图3所示。
图3. 系统控制示意图
对VIENNA整流器的额定工作状态进行实验，并假设三相输入电压平衡且负载无波动。图3为稳态额定负载条件下VIENNA整流器样机的实验波形。由图可见，VIENNA整流器在稳态条件下，输入线电流能跟踪正弦输入相电压波形，且实现了直流侧稳压和电容电压平衡控制， 实验测得THD=1.58%，PF=0.99。图4为在轻载情况测试VIENNA整流器的波形，从波形可以看出，在轻载情况下，整流器的谐波含量明显增加。
