[發明專利]三相無橋功率因數校正交流-直流變換器

有效

• 申請號: 201310042066.2
• 申請日: 2013-02-04
• 公開（公告）號: CN103066865A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 陳勇;代文平;周俊
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H02M7/04
• 分類號: H02M7/04;H02M7/217
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務所(普通合伙) 51227
• 代理人: 李順德

技術領域

本發明涉及交流-直流轉換技術，特別涉及一種三相無橋功率因數校正（PFC）交流-直流變換器。

背景技術

在中高功率（幾個千瓦以上）應用場合，由于單相交流電最大輸入功率的限制，電器設備的輸入多采用三相電壓。而傳統直流用電設備大多采用不可控整流濾波后直接用于負載，造成輸入電流斷續，電流總諧波失真（THD）高，功率因數低，嚴重影響了供電質量，不僅使電網損耗增大，同時還可以造成某些設備的損壞。為實現高功率因數（PF）和低諧波失真，以電力電子技術為基礎的功率因數校正（PFC）技術大量用于交流-直流（AC-DC）功率轉換中，構成了具有功率因數校正功能的交流-直流變換器，通過控制交流-直流變換器中的開關導通和關斷時間（即調整控制信號的脈沖參數），對輸出電壓和輸入電流進行控制。

三相無橋功率因數校正交流-直流變換器是由單相無橋功率因數校正交流-直流變換器衍生而來。它采用三個獨立的單相無橋雙升壓功率因數校正（DBPFC）變換器在輸出端并聯而成，輸出電容由三個變換器共享，并且在平衡條件時，輸出電容兩端的電壓沒有低頻紋波。目前，盡管三相無橋功率因數校正交流-直流變換器拓撲形式多種多樣，但許多都是單開關、三開關以及六開關的基本拓撲上演化得到。其中，單開關三相無橋功率因數校正交流-直流變換器，電流工作在斷續模式下，輸入側的電流諧波失真大，需要較大的電磁兼容（EMI）濾波器；三開關三相無橋功率因數校正交流-直流變換器，三個開關管必須是雙向開關；六開關三相無橋功率因數校正交流-直流變換器雖可實現完全控制，但存在成本高，控制復雜等問題。并且現有技術三相無橋功率因數校正交流-直流變換器，各相開關和電感電流的工作狀態受其它兩相電路共同參與和制約，任何一相的獨立控制都非常困難，甚至是不可能實現的。這樣的情況下，三相無橋功率因數校正交流-直流變換器，各相之間的相互制約和影響，就成了中高功率交流-直流變換器的主要問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題，就是提供一種三相無橋功率因數校正交流-直流變換器，通過電路的合理設計，降低三相電路之間的相互制約和影響，提高交流-直流變換器的性能。

本發明解決所述技術問題，采用的技術方案是，三相無橋功率因數校正交流-直流變換器，包括A相變換器、B相變換器和C相變換器及其控制系統，A相變換器、B相變換器和C相變換器交流輸入端分別連接A相相線和中線、B相相線和中線、C相相線和中線，A相變換器、B相變換器和C相變換器的直流輸出正端和直流輸出負端分別相連，其特征在于，A相變換器、B相變換器和C相變換器具有相同結構，均包括第一升壓電感、第二升壓電感、第一二極管、第二二極管、第一開關、第二開關、第三二極管、第四二極管、第五二極管以及采樣電阻；所述第一升壓電感的一端與相線連接，所述第一升壓電感的另一端與所述第一二極管的陽極相連，所述第二升壓電感的一端與中性線相連，所述第二升壓電感的另一端與所述第二二極管的陽極相連，所述第一開關一端與所述第一二極管陽極相連接；所述第二開關一端與所述第二二極管陽極相連，所述第一開關和第二開關的另一端與第五二極管的陰極連接，所述第三二極管陰極與所述第一二極管陽極連接，所述第四二極管陰極與所述第二二極管陽極連接，所述第三二極管和第四二極管的陽極均與所述采樣電阻一端相連，所述采樣電阻另一端與第五二極管的陰極相連，所述第一二極管和第二二極管的陰極相連作為直流輸出正端，所述第五二極管的陽極為直流輸出負端。

本發明針對電感耦合問題，將一個主電感分為兩個電感（第一電感和第二電感）串聯在主回路中，降低開關關斷時各相電路間的耦合，同時增加一個功率二極管（第五二極管）阻止開關管導通時各相電路間的耦合。

進一步的，所述直流輸出正端和直流輸出負端還連接有輸出電容和采樣電路，所述輸出電容和采樣電路由A相變換器、B相變換器和C相變換器共享。

輸出電容和采樣電路由A相變換器、B相變換器和C相變換器共享，可以簡化電路結構、降低成本。

優選的，所述第一開關和第二開關控制極與同一驅動信號連接。

本發明電路設計使第一開關和第二開關控制極可以采用同一驅動信號進行驅動，無須隔離驅動，大大簡化了驅動電路設計。

進一步的，所述第一開關和第二開關均為單向開關。

采用單向開關可以降低成本和簡化驅動電路設計。

具體的，所述單向開關為不含體二極管的場效應晶體管或絕緣柵雙極型晶體管