以三個單相PFC實現三相PFC的電源轉換

1. 前言

        由於科技的發展，越來越多的電子、電機設備等裝置應用使得電力設備的需求越來越多。得利於電力電子技術的進步，高效能大功率的電力轉換應用技術越來越成熟，並應用於各領域電源系統。由於應用功率需求越來越大，三相 AC 電源的應用需求也越來越多。三相 PFC ( Power Factor Correction ) 架構的拓樸也成為重要發展的項目，例如 : Vienna、T-NPC Boost、A-NPC Boost、Six Switch Boost … 等。由於這些三相 PFC 架構動作原理及控制複雜，目前市面上還沒有成熟的專用控制 IC，目前只能用 MCU 或 DSP … 等 IC 開發數位控制，開發難度高實現不易。本文探討另一種解決方案，利用現有成熟技術及市場上常用的專用 IC 實現三相交流電源輸入的直流電源供應器。

2. 以三個單相 PFC 實現三相 PFC 的電源轉換

        三相交流電源的接線方式有 Y 接 ( 3 相 4 線 ) 與 Δ 接 ( 3 相 3 線 ) 兩種方式，如下圖 :

                                      
                   
                               三相交流電源 Y 接                                                                     三相交流電源 Δ 接

                                                                            圖 1. 三相交流電源

        由於單相 PFC 是技術成熟且已經應用於各種電源轉換多年，專用控制 IC 選擇也非常多。例如 : 『onsemi NCP1654 』(註1) ...。使用三個單相 PFC 來實現三相 PFC 的應用也是三相電力系統應用的選擇之一。以下探討內容以常見的單相 PFC ( Boost ) 架構 ( 如下圖 2 ) 來介紹。
        
                                                                                   

        由於市場上最常使用的單相 PFC 架構為非隔離式架構，因此三個單相 PFC 無法直接並聯操作，可以利用搭配隔離式 DC-DC Converter 並聯均流操作，如下圖：

        

                                                                      三個單相 PFC 實現三相 PFC ( 三相 Y 接 )

        
                                                                      三個單相 PFC 實現三相 PFC ( 三相 Δ 接 )

                                                                      圖 3. 以三個單相 PFC 實現三相 PFC 方法

        使用上述三個單相 PFC 電源供應器實現三相 PFC 電源供應器的方法需注意在 Isolated DC-DC Converter 輸出端需使用並聯均流技術，以平衡三相功率。由於使用並聯技術，因此電源系統具有冗餘特性，假使其中一相故障，其餘兩相仍能正常對負載供電。因此，具有高可靠特性。若每相以模組方式設計，更可以減少維護與維修成本。

3. 結論

        電力電子應用在三相電力系統越來越廣泛，三相 PFC 的應用需求也越來越多。由於三相 PFC 系統很複雜，開發設計技術門檻高。利用三個單相 PFC 實現三相 PFC 的電源轉換有很多專家學者提出很多解決方法，並具有各自的優缺點。本文討論的使用三個單相 PFC 結合隔離 DC-DC Converter 使用於三相電力系統，介紹一個容易且技術成熟的解決方法。是以現有的成熟技術，常用且成熟的專用控制 IC，使專案開發門檻將低，成功率最高的一個解決方案。