工作原理

以單極性SPWM調制方式為例，說明圖騰柱PFC的工作原理。此處僅以正向AC-DC說明。后續會專門介紹DC-AC的功能介紹。

無橋圖騰柱式PFC電路拓撲有如下兩種：

兩者拓撲的區別：

在采用單極性SPWM調制時，兩種拓撲的工作原理一致。僅是右邊拓撲MOS管（慢管）導通損耗會較小。下面會詳細說明其工作原理。

左邊的拓撲僅能采用單極性SPWM調制，而右邊的拓撲還可采用單極性倍頻調制、雙極性調制。

單極性和雙極性SPWM比較。（這里的波形是逆變電流的中點電位UAB波形）

其主要原理為：調制信號ur為正弦波，載波uc在ur的正半周為正極性的三角波，在ur的負半周 為負極性的三角波。

單極性SPWM：

在ur的正半周，V1保持通態，V2保持斷態。當ur>uc時,使V4導通，V3關斷，uo=Ud。當ur時,使v4關斷,v3導通,uo=0。<>

在ur的負半周，V1保持斷態，V2保持通態。當uruc時使 V3關斷，V4 導通，uo=0。時,使v3>

雙極性SPWM

當ur>uc時， V1和V4導通，V2和V3關斷，這時如io >0，則V1和V4通，如 io<0，則VD1 和VD4 通，不管哪種情況都是uo=Ud 。

當ur0，則VD2 和VD3 通，不管哪種情況都是uo=-Ud 。時，v2和v3導通，v1和v4關斷，這時如io<0，則v2>

單極倍頻SPWM

從Uo的波形可以看出，兩路雙極性調制經過全橋功率管的疊加之后最終的Uo波形變成了單極性，而且頻率加倍，這就是這種調制方式稱為單極性倍頻調制的原因。這種調制方式波形完美，對各種負載的適應性好，因為倍頻輸出，LC的體積和成本可以比較小，缺點是4個功率管都工作在高頻狀態,因而開關損耗比較大。

問：不同的調制方式下，系統的工作模態會有所區別，那么什么是調制方式？

答：調制方式指的是對開關管的導通時間進行調制的方法。常見的調制方式包括單極性調制（Single-Polarity Modulation）和雙極性調制（Dual-Polarity Modulation）。調制方式決定了開關管導通時間的規律，從而影響輸出電壓的波形和功率因數校正的效果。

下面，將分析單極性SPWM調制方式的工作模態，由于正負半周相對稱，下面以正周期為例Vac>0，可以分為三個模態：（S3為常開狀態，S4為常閉狀態。）

工作模態一：此時Vg2和Vg4導通，電感電流上升，電感進行儲能。S1體二極管僅在死區時間導通，可實現軟開關，S1可在Toff時間導通，減少體二極管的壓降。

工作模態二：此時Vg1和Vg4導通，電感釋放能量，電感電流下降。

工作模態三：當電壓正半周過零點時，S4關閉，S1導通時，此時也會導致單極性SPWM存在電流過零畸變的缺陷。

整個系統可以分為6個工作模態，如下所示：

控制策略

控制策略指的是根據輸入電壓和輸出電流等信息，確定開關管導通時間的策略?？刂撇呗缘哪繕耸钦{整開關管的導通時間，使得輸出電流能夠與輸入電壓同相或近似同相，從而實現功率因數校正。常見的控制策略包括平均電流模式（Average Current Mode）和邊界電流模式（Boundary Current Mode）等。（其中，平均電流控制是CCM控制中的一種，還有峰值電流控制和滯環電流控制等）

CCM模式：適用于中等、大功率應用

DCM：最大峰值電流和電流紋波都比較大，開關管等器件的電流應力也比較大，一般適用于中小功率場合

CCM模式下的控制策略又可分為：平均電流控制、 峰值電流控制和滯環電流控制等，控制策略如下圖所示：

峰值電流控制：通過采樣電感電流與參考基準進行比較，據此生成 PWM 控制信號，通過占空比來對電流進行調節控制。 但是峰值電流控制對噪聲比較敏感，而且在占空比超過 0.5 時會出現控制不穩定，需要額外加斜坡償。

滯環電流控制：電流參考有 上下兩個閾值。 滯環電流控制具有動態響應快、控制式自帶限流功能等優點，但是滯環電流控制在一個周期內頻率持續變化，容易降低電路 EMI 性能。

平均電流控制:同樣也是采 樣電感電流， 并與電流參 考比較生 成 PWM 控制信號。 平均電流控制一般采用雙環路控制，電壓外環帶寬較窄，環路響應速度慢，可以有效地減弱干擾對控制環路的影響；電流內環響應較快，使得控制的電流可以準確地跟蹤參考。而且在一個周期內頻率恒定，EMI 性能比滯環電流控制好， 控制環路設計也較為簡單。

拓展1：雙向AC-DC電路拓撲

開關拓撲

對于無橋圖騰柱而言，也常用于V2G的技術當中，即雙向AC-DC變換電路中。對于AC-DC雙向變換電路中，采用的拓撲還有如下所示：

電壓型全橋結構：電路整體較為簡單；對比半橋，功率等級更高。

電壓型半橋拓撲結構：結構簡單；電壓應力高；若電容分壓不均，導致中點電壓失衡。

帶中性點二極管箝位電壓型三電平結構：交流電流的諧波量更低，正弦度更好，更高的PF值；電路復雜，控制復雜，損耗較大；適用于大功率場合。

電壓型交錯圖騰柱式結構：該拓撲結構的兩個電感能夠起到分流的作用，大大降低了每個橋臂開關管的電流應力，并且結合無橋和交錯并聯的技術可減少變換器的紋波，改善變換器的EMI特性，一定程度的提升變換器的功率密度，適用于較大功率的場合。

原文鏈接：

https://blog.csdn.net/MIAOXIAO77/article/details/141689370