摘 要：针对三相降压型SWISS整流器控制器设计时其模型搭建不够精确，精度较低的问题，引入了模糊PI控制，并将其与传统PI控制进行了性能比较。首先分析了降压型SWISS整流器PFC电路的工作原理，然后给出了系统的控制结构，并分别介绍了传统PI双闭环控制器设计和模糊PI控制的模糊控制规律设计，最后进行了仿真实验。理论分析和仿真结果表明，两种控制方式均能实现输入侧电流谐波含量低、功率因数高，能实现稳定的低纹波电压输出。并且模糊PI控制的静态性能和动态性能都优于传统PI控制，且具有更好的快速性和鲁棒性。

　　关键词：SWISS整流器;三相PFC电路;模糊PI控制;双闭环设计

　　中图分类号：TM461.3 文献标识码：A 文章编号： 0 引 言

　　目前随着电力电子的发展，大量容性设备对电网造成了很严重的谐波污染，而谐波污染会对用电设备造成严重的损害[1]。因此就产生了PFC技术，使输入侧电流趋于正弦化，实现单位功率因数。常见的PFC电路主要分为Boost型和Buck型[2]。Boost型PFC电感在输入侧，具有升压特性，电感电流连续，控制简单，但其输出电压高，对管子的应力要求高，不利于后级电路，这些都限制了其发展[3-4]。Buck型PFC能够实现低电压输出，对后级管子应力要求低，具有浪涌电流保护，目前随着对功耗要求提高，该类电路越来越受到关注[5-6]。

　　文献[7]详细描述了三次谐波中点注入原理的可行性和有效性，为下文的研究提供了思路，但该文没有结合具体的电路进行进一步研究。文献[8]对SWISS整流器的原理和控制策略进行了研究，但其在建模的过程中没有考虑到整流器的内部电压、电流转换过程对模型的影响，因此控制策略在负载改变时超调较大，响应速度较慢。文献[9]介绍了一种智能化的模糊PI控制和传统PI控制相结合的控制方式，兼顾了系统的静态性能和动态性能，解决了模型不精确的问题，具有快速性、鲁棒性强的控制性能。

　　本文在详细分析上述文献的基础上，主要对三相SWISS整流器的工作原理和电流注入回路进行了详细的研究和分析，并提出了一种新颖的将前馈控制和双闭环PI控制相结合的控制方式，并分别就传统的PI控制和智能化的模糊PI控制进行了比较。经仿真验证，两种控制方式均能实现输入侧电流谐波含量低、功率因数高，能实现稳定的低纹波电压输出。并且模糊PI控制的静态性能和动态性能都优于传统PI控制，且具有更好的快速性和鲁棒性。

　　1 主电路工作原理

　　SWISS整流器PFC电路如图1所示。其主要包括输入滤波部分，输入电压选择部分和Buck整流及电流注入部分。文献[10]详细的介绍了SWISS整流器的电路结构及原理，在此不再赘述，主要分析其工作原理。

　　图1　SWISS整流器PFC电路拓扑结构

SWISS整流器交流侧电流和中点注入理想电流波形如图2所示，其中，为三相桥式不控整流电路交流侧的三相输入电流，为理想中点注入电流。为了降低电流的总谐波含量和实现单位功率因数校正，需要将该电流进行正弦化，理想状态如图2中虚线所示。结合图2中的实线和虚线可以发现，造成交流侧波形谐波含量较高的主要原因是电流在一个周期中存在较长时间的断流，因此只要通过注入一定电流使电流连续，即可大大改善谐波含量，使输入电流趋于正弦化。而通过有序的导通3组双向开关管(VTa1、VTa2;VTb1、VTb2;VTc1、VTc2)，即可实现电流的回馈注入，大大提高电路的功率因数。

　　图2　交流侧电流和中点注入理想电流波形

　　1.1 注入电流的获取

从图2的分析中可以看出，在一个工作周期()中，a相需要注入的电流为段和段，b相需要注入的电流为段和段，c相需要注入的电流为段和段。将三相需补充电流片段进行汇总，得图2中的电流，可以看出该电流近似为三次谐波电流，因此可以运用产生三次谐波的方式来获取注入电流。

　　对于整流电路而言，注入电流的获取主要有两个途径，即外部提供和线路内部自身提供。前者较直观但复杂度和成本高，此处选取第二种方式。

　　假设整流器的三相输入电压为：

(1)

式中，为对称三相系统的相电压幅值。

则对直流输出端d，f两点对地的电压，进行傅里叶分析可以得到其表达式为：

(2)

结合上式，可得直流输出端d，f两点的电流和，并对其进行傅里叶分析得到其表达式为：

(3)

其中为对称三相系统的相电流幅值，和的直流分量输出电流，即

(4)

　　交流分量则传入了电流注入网络，其傅里叶展开为：

(5)

　　因为3次谐波的奇次分量和偶次分量在同样的电路网络中表现出不同的网络拓扑结构，所以在设计电流注入网络时，必须将它们分开考虑。因此将上式按照偶数倍分量和奇数倍分量重新组合，即：

(6)

　　其中

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