有源功率因數校正（Power Factor Correction, PFC）技術是抑制諧波電流、提高功率因數的有效方法，也是近年來電力電子技術領域中的研究重點。通常PFC技術包括單級型和兩級型兩類，單級PFC變換器采用一級功率變換電路同時完成PFC與DC-DC變換的功能，具有簡單、高效等優勢，是PFC技術的重要發展方向。

目前，關于單級PFC技術的研究大多集中在中小功率領域，中大功率領域的研究相對較少。在中大功率領域，變換器通常采用全橋式拓撲。其中，隔離全橋升壓式結構具有開關管軟開關、輸入輸出電氣隔離以及不存在橋臂直通問題等優勢，非常適合在隔離DC-DC變換器以及單相、三相單級PFC變換器中采用。

然而，隔離全橋升壓式結構本身存在一個必須解決的問題：由于功率變壓器一次側漏感的存在，各開關管在關斷瞬間承受很大的電壓尖峰，嚴重降低了該類變換器運行的可靠性。

為了解決該類型變換器的電壓尖峰問題，國內外研究人員進行了大量的研究工作，并提出了多種有效的抑制方法。已有的各種抑制方法大致可分為有源方式和無源方式兩類。

代表性的有源抑制方式主要有：有學者采用了基本的單開關有源鉗位電路，該方案是目前應用最多的抑制方法；有學者針對單相PFC變換器提出了一種改進的有源鉗位電路；有學者介紹了一種雙開關鉗位電路；有學者分別采用了一種單開關輔助電路。

采用上述各種方法后，各類變換器的電壓尖峰得到了有效抑制。然而，這些有源抑制方式存在著相同的缺陷：因額外引入一個（或多個）功率開關，增加了控制電路的復雜程度，從而降低了整個系統的可靠性。

目前典型的無源抑制方式主要有：

• 有學者利用RCD吸收電路來抑制電壓尖峰，然而，采用該方法將會增加整個系統的損耗；
• 有學者通過在變壓器一次側增加LC諧振環節來抑制電壓尖峰，該方法同時還實現了開關管的軟開關，但是諧振環節的能量不能向輸入或輸出側傳輸，因此同樣增加了整個系統的損耗；
• 有學者在單相、三相PFC變換器中分別采用無源緩沖電路來抑制電壓尖峰，該方法具有簡單、可靠、無需控制的優勢，然而由于緩沖電路中LC參數設計的限制，使得電壓尖峰無法徹底消除，另外還增加了功率器件的電流應力；
• 有學者針對單相PFC變換器提出一種多級無源緩沖的電壓尖峰抑制策略，然而由于結構的特殊性，該方法并不適合三相PFC變換器。

與有源方式相比，各種無源抑制方式具有結構簡單、無需控制的優勢。目前已有的無源抑制方式大多針對該類隔離DC-DC變換器以及單相PFC變換器提出。為此本文針對該類三相PFC變換器，提出一種基于無源鉗位方式的電壓尖峰抑制策略，所提方法也可用于該類隔離DC-DC變換器，但不適用于該類單相PFC變換器。與已有的無源緩沖方式相比，采用所提方法的三相單級PFC變換器具有電壓尖峰抑制效果好、功率器件電流應力小的特點。

圖11 實驗平臺照片

總結

本文提出一種基于無源鉗位方式的三相單級全橋PFC變換器電壓尖峰抑制策略。采用所提方法后，PFC變換器的電壓尖峰被鉗位電路中的兩個電容吸收，并且電容吸收的能量在一個充電周期內由鉗位電路直接傳輸至負載并釋放。在所提鉗位電路中，由于集成變壓器一次繞組的耦合作用，在變換器的運行過程中實現了兩個吸收電容電壓的自然均衡。

理論分析與實驗結果表明：與已有的基于無源緩沖方式的電壓尖峰抑制策略相比，采用所提無源鉗位方式時的PFC變換器具有電壓尖峰抑制效果好、開關管附加電流應力小的特點，因此所提方法更適合在三相單級全橋PFC變換器中應用。