三相MISN-PFC变换器的原理图如图1所示，其中（a）对应固定直流母线电压的拓扑方案，而（b）对应所提出的应用于宽直流母线电压的拓扑方案，主要由高频MISN模块和三电平工频整流桥构成。MISN模块的单元由全桥结构和箝位电容构成。为减小电感体积，通过MISN模块分担电感电压，降低电感伏秒。

图2所示为A相的稳态工作波形，包含输入电压、工频整流桥中点电压、MISN模块端口电压、电感电压及电感电流。由于电感值较小，的开关周期平均值可表示为：

MISN模块的输入功率可表示为：

其中是UA输入电压有效值，α表示斩波角，取值范围（0°,90°）。

在稳态下，MISN模块需维持功率平衡，故其吸收功率恒为零。由此可得MISN变换器的稳态条件：

如图3所示，直流母线电压Vbus随斩波角变化的特性表明该变换器为升压型电路。本研究针对220Vac±10%相电压范围，将直流母线电压范围设定为550~900V，对应斩波角α变化范围为12°~61°

由于MISN-PFC变换器的控制策略在文献[1]中已详细阐述，本文仅简要描述。该变换器采用如图2(a)所示的三环控制系统：电流内环实现功率因数校正(PFC)，输出电压外环生成电流参考幅值以实现直流母线电压调节，MISN电压环通过负反馈调整确保MISN模块电压的稳定性。

MISN模块的损耗与体积优化

根据公式(1)，当直流母线电压升高时，MISN模块的电压应力也会增加，需相应增加单元电压，导致MISN模块的损耗增加。此外，MISN电容的缓冲能量与直流母线电压成正相关，所以电容体积也会随之增大。为解决该问题，则需要减小输入电压和工频整流桥中点电压之间的差异。基于此，本文提出一种三电平工频整流桥的拓扑优化方案。在图4中比较了传统的两电平工频整流桥和所提方案在直流母线电压下的工作波形。可知，三电平工频整流桥的电压应力（250V）比两电平结构（640V）更小，且红色部分对应的缓冲能量也明显下降。

为了突出三电平工频整流桥的优势，在相同损耗下对比电容体积，即限制三电平整流桥的MISN变换器（Vbus = 900V）的损耗，与文献[1]中两电平整流桥MISN变换器（Vbus = 550V）的损耗相同。 假设MISN模块采用80V额定电压的电解电容，在不同直流母线电压下计算得到的电容体积如图5所示，其中体积数据根据Vbus = 550V的数值进行归一化。当直流母线电压为900V时，采用三电平工频桥可使电容体积减少超过70%。

样机与实验验证

图6所示为搭建的10kW样机（400W/in3），其输入相电压范围为220Vac±10%，输出电压范围为550V~900V。样机包含MISN模块、工频整流桥、电感、控制器、输入滤波器及直流母线电容。

为了适应不同的直流母线电压，斩波角α需要进行调整。如图7所示，当Vbus = 550V时，斩波角控制在27°，MISN模块的最大电压应力约为141V。而当Vbus = 900V时，斩波角α增大至57°，对应的最大电压应力为 250V，显著低于传统两电平工频桥MISN变换器的640V。图8显示了实验样机在Vbus = 550V时的计算效率和实测效率。

实验结果表明，变换器峰值效率达到99.2%，满载效率为99.1%。