[發明專利]一種減小單相脈沖負載AC-DC電源中電容的方法

有效

• 申請號: 201810293712.5
• 申請日: 2018-03-30
• 公開（公告）號: CN108377102B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 任小永;白雷;惠琦;張之梁;陳乾宏
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02M7/217
• 分類號: H02M7/217;H02M3/335;H02M1/12;H02M1/42
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙) 32238
• 代理人: 張立榮

本發明公開了一種減小單相脈沖負載AC?DC電源中電容的方法，屬于電力電子變換器領域。單相脈沖負載AC?DC電源在輸入交流側需實現PFC功能，這將導致PFC母線存在二次諧波電流，需要在PFC母線處放置大容值電容對二次諧波電流進行解耦；同時在輸出側需保證脈沖負載下輸出電壓穩定在一定范圍內，輸出側的脈沖電流也將傳遞至PFC母線處，需要大容值電容對脈沖電流進行解耦。上述所述的兩種用途的大容值電容將降低變換器的功率密度。為提高變換器的功率密度，本發明提出了一種在PFC輸出母線處并聯雙向變換器充當受控電流源，并根據功率守恒方法對其輸入電流進行控制，同時對二次諧波電流和脈沖電流進行解耦，以達到減小PFC母線電容，提高變換器功率密度的目的。

技術領域

本發明涉及一種減小單相脈沖負載AC-DC電源中電容的方法，屬于電力電子變換器領域。

背景技術

近年來，隨著電力電子技術的發展，特別是功率半導體器件及其控制技術的發展，各種電力電子設備的應用日益廣泛。整流器，也稱AC-DC，作為主要的開關電源形式之一，給工農業生產和人們生活帶來便利的同時，也向電網注入了大量的諧波電流，成為公共電網的一個主要污染源。針對用電設備產生的諧波對公共電網造成的影響，許多國家都制定了限制諧波的國家標準，我國也于1994年頒布了《電能質量—公用電網諧波標準》GB/T14549-93，對AC-DC電源的PFC功能做出強制規定。

單相AC-DC的PFC功能需控制輸入電流跟蹤輸入電壓，其輸入功率隨著輸入電壓以二倍工頻進行變化，但在PFC的輸出母線需要維持平均值恒定，PFC母線處將會產生二次諧波電流，因而需要大容值PFC母線電容解耦二次諧波功率。

AC-DC電源的負載按性質可分為阻性負載、芯片型負載、電池型負載，脈沖性負載。其中脈沖性負載需要穩定輸出電壓并提供脈沖電流、常用于雷達發射機、金屬加工等。由于脈沖負載的特殊性質，當穩定的輸出電壓被滿足時，脈沖功率也將傳遞到PFC母線側，并在PFC母線上產生脈沖電流，也是由于PFC的輸出母線需要維持平均值恒定，因而在PFC母線處需要的大容值電容實現脈沖功率的解耦。

由于PFC母線電容大容值的要求，PFC母線電容通常使用高能量密密度且成本的電解電容。但是電解電容因其液態電解液隨著時間容易揮發的屬性，相對陶瓷、鉭電容等固態電解質的電容，其壽命較短；同時大容值的電解電容將導致低功率密度。通過減小電容容值的方法可以用陶瓷電容等長壽命的電容替代電解電容提高變換器的壽命和可靠性；同時在功率密度要求苛刻的場合由于電容容值的減小可以減少電解電容的使用，可以顯著提高AC-DC電源整機的功率密度。

發明內容

本發明針對現有技術中的缺陷和不足，提出了一種減小單相脈沖負載AC-DC電源中電容的方法，其適用于單相輸入且需要帶脈沖負載的AC-DC電源。所提方法可以減小AC-DC電源中的PFC母線電容容值，以達到提高變換器功率密度和壽命的目的。

本發明同時提供一種單級式AC-DC電源和兩級式AC-DC電源。

本發明為解決其技術問題具體技術方案如下：

一種單級式AC-DC電源，由單相交流電源(v_ac)、隔離型PFC變換器(PFC_i)、受控電流源(C_sc)、PFC母線電容(C_bus)和脈沖負載(R_p)組成。所述隔離型PFC變換器(PFC_i)的輸入連接于單相交流電源(v_ac)，PFC母線電容(C_bus)、受控電流源(C_sc)和脈沖負載(R_p)連接于隔離型PFC變換器(PFC_i)的輸出。