脉宽调制整流电路简介

Boost型

2.1.2 单开关Buck型（降压型）

电路如图2所示，与升压型成对偶关系，其输出电流恒定，输出电压较低，工作于断续电流模式（DCM）。

图2 三相单开关Buck型

2.2 三相多开关PWM整流电路

三相多开关PWM整流器的主电路拓朴结构主要有如下几种。

2.2.1 六开关Boost型

亦称为两电平电压型整流器或三相桥式可逆PWM整流器。电路如图3所示，每个桥臂上的可关断开关管都带有反并联二极管，可以实现能量的双向流动。以A相为例予以说明：当A相下桥臂中的开关管导通时，A相储能电感储能；当其关断时，A相电感储能通过上桥臂的二极管向直流侧释放磁能。因此，从广义上讲，这种桥式PWM可逆整流器拓扑，仍属于升压式结构。六开关Boost型PWM整流器的特点是结构简单且宜于实现有源逆变，因而是目前应用和研究最为活跃的一种类型，也是多开关PWM整流电路中应用最为广泛的一种。

图3 三相多开关Boost型

2.2.2 六开关Buck型

也可称为两电平电流型整流器，电路如图4所示，直流侧电抗器一般要求很大。由于电流型变换器的特点，交流侧输入LC滤波器通常是必不可少的，以改善电流波形和功率因数。这种电路拓朴较适合于空间矢量调制，且有降压作用。其缺点是直流侧大电感内阻较大，消耗功率较大导致其效率略低于六开关Boost型。

图4 三相多开关Buck型

2.2.3 三电平PWM整流电路

在大功率PWM变流装置中，常采用拓朴结构如图5所示的三点式电路，这种电路也称为中点钳位型(Neutral Point Clamped)电路。与两点式PWM相比，三点式PWM调制波的主要优点，一是对于同样的基波与谐波要求而言，开关频率低得多，从而可以大幅度降低开关损耗；二是每个主开关器件关断时所承受的电压仅为直流侧电压的一半，因此，这种电路特别适合于高电压大容量的应用场合。不过三点式PWM可逆整流器的缺点也是显而易见的，一方面其主电路拓扑使用功率开关器件较多，另一方面，控制也比两点式复杂，尤其是需要解决中点电位平衡问题。

图5 三电平PWM整流电路

从上面的分析可以知道，单开关主电路拓朴结构的共同优点在于，控制结构简单，易于实现，且电源可靠性高；缺点在于其应用场合受到开关器件的影响，开关器件的耐压水平高低和开关频率的高低限制了这种电路的应用，其主要应用于中小功率的变频器或UPS电源。

与单开关结构的PWM整流器相比，多开关PWM整流电路的共同优点在于功率因数高，谐波失真小，可实现能量的双向流动，调节速度快，应用范围宽，主要应用于中大功率场合。缺点也很突出，诸如电路结构复杂，控制难度大，而且需要检测和控制的点较多，提高了控制成本；器件的增多也降低了系统的可靠性。但由于其性能指标要高于单开关结构的PWM整流器，且可实现能量的双向流动，是很有发展前途的拓朴结构。

3 控制方式

控制技术是PWM高频整流器发展的关键。要使PWM整流器工作时达到单位功率因数，必须对电流进行控制，保证其为正弦且与电压同相或反相。根据有没有引入电流反馈可以将这些控制方法分为两大类：引入交流电流反馈的称为直接电流控制（DCC）；没有引入交流电流反馈的称为间接电流控制，间接电流控制也称为相位幅值控制（PAC）。

3.1 间接电流控制

间接电流控制就是通过控制PWM整流器的交流输入端电压，实现对输入电流的控制。这种控制方法没有引入交流电流控制信号，而是通过控制输入端电压间接控制输入电流，故称间接电流控制。又因其直接控制量为电压，所以又称为相位幅值控制。其原理图如图6所示。

图6 间接电流控制框图

间接电流控制引入一个电压环，由电压环得到一个与整流电路输出功率相匹配的输入电流幅值给定。再经过两个乘法器转换成输入电流的有功分量i_p和无功分量i_q，分别经R和ω_L环节后转换成电压信号再与电源电压相减后，便得到给定电压调制信号，最后与三角波比较产生控制用的PWM信号，控制主电路的工作。这种控制方式的电路简单，但由于缺少了电流环，响应速度受到一定程度的影响；另外，用到了电路参数R及L，电路参数与给定参数一致性较差，也会影响控制的精度。

3.2 直接电流控制

与间接电流控制相反，在控制电路中引入交流输入电流反馈信号，对输入电流进行直接控制，称为直接电流控制。根据电流跟踪方法的不同，直接电流控制可分为滞环电流比较法控制、定时瞬时电流比较法控制和三角波电流比较法控制等。

3.2.1 滞环电流比较法控制

图7所示为滞环电流比较法控制的原理图。以其中A相进行说明，基本工作原理是电压调节器输出与和电源电压同相位的单位正弦信号相乘得到A相电