TI最详细的三相PFC电路设计文档

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这份资料是德州仪器推出的 TIDM‑1000 参考设计，核心是维也纳整流器三相功率因数校正电路，主要给大功率设备做电源前级，常见应用有非车载电动汽车充电桩、通信电源、工业焊接设备等。维也纳整流器属于三电平拓扑，器件承受的电压压力更小，工作在连续导电模式，能把电网过来的三相交流电，转换成稳定的高压直流电。这套评估板有两套工作档位：三相 208V 输入时输出 600V 直流，功率 1.2kW；三相 400V 输入时输出 700V 直流，功率 2.4kW，开关频率设置 50kHz，峰值效率高于 98%，还搭配了完整的采样、隔离驱动、硬件保护器件，工程师不用从零搭框架，可以在此基础上修改参数，缩短产品开发周期。

整个系统依靠 C2000 系列 DSP 芯片做全数字控制，用的型号是 TMS320F28379D 或者 TMS320F280049C。板子需要采集三相交流电压、三相电感电流，还有输出上下两个母线电容的电压，全部通过隔离放大器做信号隔离，保障高压和控制侧安全隔离。芯片内部自带 CLA 协处理器，可以把高频控制算法交给协处理器执行，释放主 CPU 的资源。同时配套 powerSUITE 工具链，里面包含环路补偿设计工具 SFRA，既可以软件仿真控制器参数，也能直接在硬件板子上实测环路的增益、相位裕度，方便调试电流环、电压环、母线均压环。

软件调试采用分阶段递进的调试思路，一共四个构建等级，循序渐进排查问题，避免一次性全开闭环直接炸板。第一级开环模式，不做闭环控制，输出固定占空比，只用来校验电压电流采样是否准确、PWM 驱动芯片能否正常输出信号，完成硬件基础排查。第二级闭合电流内环，把三相输入电流控制成跟随电网电压的正弦波形，实现功率因数校正的基础。第三级再闭合电压外环，让输出直流母线稳定在设定电压值。第四级全部闭环投入运行，额外开启母线中点均压控制，平衡输出两个串联电容的电压，同时加入三次谐波注入优化运行效果，这时候设备就可以完整实现三相 PFC 全部功能。

文档也记录了大量实际测试的数据和工程痛点。满载工况下设备的电流总谐波畸变很低，功率因数接近 1，但普通 PI 电压环路带宽不能设置太高，带宽高会恶化电流谐波，带宽低就会带来新问题：负载突然加大或者突然减小的时候，输出电压会出现很大的冲高、跌落。为此方案专门设计了带滞回的非线性 PI 控制器，电压误差大的时候用高增益快速抑制偏差，误差小的时候切换低增益，既保证谐波指标，又大幅减小负载跳变带来的电压波动。文档着重强调，这块板子只是实验室评估样品，板上带有数百伏高压，元器件工作温度也会很高，只能由专业工程师在实验室环境操作，不能直接当做成品产品使用，操作过程必须做好绝缘防护。