[發(fā)明專利]單相與三相雙重升降壓功率因數(shù)校正電路及其控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910133907.4
• 申請日: 2009-04-07
• 公開（公告）號: CN101860191A
• 公開（公告）日: 2010-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 譚驚濤;周志健;楊劍平;茍文輝;應(yīng)建平
• 申請（專利權(quán)）人: 臺達電子工業(yè)股份有限公司
• 主分類號: H02M1/42
• 分類號: H02M1/42;H02M7/02;H02M7/155
• 代理公司: 北京安信方達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11262
• 代理人: 陳怡;顏濤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種單相/三相雙重升降壓功率因數(shù)校正電路(single-phase/three-phase?dual?buck-boost/buck?PFC?circuit)及其控制方法，尤其涉及一種具一單相三電位升降壓功率因數(shù)校正電路(single-phasethree-level?buck-boost?PFC?circuit)與一單相三電位降壓功率因數(shù)校正電路(single-phase?three-level?buck?PFC?circuit)的單相與三相雙重升降壓功率因數(shù)校正電路及其控制方法。

背景技術(shù)

近二十年來電力電子技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，已廣泛應(yīng)用到電力、化工、通訊等領(lǐng)域。電力電子裝置多數(shù)通過整流器連接到電力網(wǎng)，典型的整流器是由二極管或晶閘管(thyristor)組成的一種非線形電路，運行時會對電網(wǎng)造成嚴重的諧波污染和無功功率(reactive?power)，因此成為電力公害。電力電子裝置已成為電力網(wǎng)最主要的諧波源之一。目前抑制諧波大都采取主動式方法，即設(shè)計一種高性能的功率因數(shù)校正(PFC)電路，具有輸入電流正弦化、諧波含量低、功率因數(shù)高等特點。近年來功率因數(shù)校正電路已得到了很大的發(fā)展，并成為電力電子學研究的重要方向之一。

升壓電路(boost?circuit)是常用的功率因數(shù)校正電路之一，它具有架構(gòu)簡單，輸入電磁干擾(EMI)濾波器小等優(yōu)點，但只適用于輸出電壓大于輸入電壓峰值的場合。對于那些需要輸入電壓寬范圍波動的應(yīng)用場合，單級的boost電路則無能無力，所以buck/boost架構(gòu)的PFC電路被廣泛地用于這種場合，且輸入電流能夠很好地跟蹤輸入電壓并具有較低的總諧波失真(THD)。圖1為典型的單相三電位升降壓功率因數(shù)校正電路，具有二極管D1-D2與D11-D14、開關(guān)S11-S14、電感L11-L12、輸入電源Vin與輸出電容C1-C2，并且輸出一正電壓+Vo與一負電壓-Vo。其輸出電壓+Vo與-Vo理論上可以為任意值。

圖1所示的電路上下完全對稱，當輸入電壓Vin(瞬時值)大于零時，二極管D1導通，電流流過開關(guān)S11，電路上半部分工作；當輸入電壓Vin(瞬時值)小于零時，二極管D2導通，電路下半部分工作，電流從開關(guān)S12流回電力網(wǎng)。可見，在輸入電壓正負半周內(nèi)，整個電路的控制是相對獨立的。簡單起見，下面以電路工作在輸入電壓正半周(Vin(瞬時值)＞0)為例來分析其工作模式，負半周的情況同理可得。

當輸入電壓Vin(瞬時值)大于零時，圖1的電路等效如圖2所示，電路工作模式如下：

a.Vo>2Vin]]>

當輸出電壓大于輸入電壓峰值(為Vin的電壓峰值)時，在這種運行條件下，輸出電壓始終高于輸入電壓，如圖3(a)所示。該電路須運行于boost模式，即開關(guān)S11常通，二極管D11的陰極電壓大于其陽極電壓，不導通。

b.Vo≤2Vin]]>

當輸出電壓小于輸入電壓峰值時，變換器會在buck和boost工作模式之間進行切換，如圖3(b)所示。假設(shè)輸入電壓Vin和輸出電壓Vo的交點時刻分別為α和π-α(0＜α＜π/2)，在區(qū)間(0，α)以及區(qū)間(π-α，π)內(nèi)，輸出電壓大于輸入電壓，開關(guān)S11常通，二極管D11常關(guān)，該電路工作在boost模式；在區(qū)間(α，π-α)內(nèi)，輸出電壓小于輸入電壓，開關(guān)S13常關(guān)，二極管D13常通，該電路工作在buck模式。

由上述分析可知，該電路工作在buck模式時二極管D13常通，其通態(tài)壓降在電路滿載條件下約為1.2V，消耗在二極管D13上的通態(tài)損耗會非常大。當輸出電壓一定時，輸入電壓越高，該電路工作在buck模式的時間越長，二極管D13的通態(tài)損耗就越大，故嚴重影響到整個系統(tǒng)效率的提升。