基于全桥结构的组合式三相单级APFC变换器及其控制装置制造方法及图纸

基于全桥结构的组合式三相单级APFC变换器及其控制装置，涉及三相有源功率因数校正变换器，为了解决现有的三相APFC变换器控制策略复杂、各相难以单独控制、可靠度相对较低或现有的组合式三相APFC变换器输出侧需要附加大功率DC‑DC变换器完成电压等级转换的问题。变换器包括三个单相单级全桥APFC电路单体，单体a的输出侧、单体b的输出侧和单体c的输出侧并联，组成并联支路，该并联支路与输出滤波电容并联，组成并联电路，该并联电路的两端作为变换器输出端。控制装置包括电压外环和三个电流环；电流环包括限幅器、乘法器、电流补偿器和PWM调制器。本发明专利技术适用于大功率高功率因数整流。

【技术实现步骤摘要】
基于全桥结构的组合式三相单级APFC变换器及其控制装置
本专利技术涉及一种三相有源功率因数校正(APFC)变换器，特别涉及采用三个单相单级全桥APFC变换器单体组合形成的组合式三相单级APFC变换器。
技术介绍
为了满足各类用电设备的供电需求，一般会用整流器将电网交流电压转变成可直接或间接使用的直流电压。APFC变换器是一类高功率因数整流器，在获得直流电压的同时，其输入电流波形和相位跟踪输入电压，提高了功率因数、减小了网侧电流谐波，其功率因数校正效果明显好于传统二极管整流电路前加LC滤波的无源功率因数校正电路。在中大功率应用场合(例如电动汽车充电桩、大型数据中心等)，一般使用三相供电，相应地也会采用三相APFC变换器。但现有的三相APFC变换器(例如电压型PWM整流器、Vienna整流器等)普遍存在控制策略复杂、各相难以单独控制、可靠度相对较低等问题。因此，有研究人员提出了组合式三相APFC变换器的构想(例如三相无桥功率因数校正交流-直流变换器)，即采用三个单相APFC变换器单体组合形成三相APFC变换器。这种组合式三相APFC变换器可利用或改进单相APFC变换器相对简单的控制策略，且在某一相发生故障时，其余相仍能为负载提供能量。但现有的组合式三相APFC变换器采用的单相单体均属于两级式APFC系统的前级变换器，单体和组合式三相APFC变换器的输出电压只能设计为400V左右，因此，现有的组合式三相APFC变换器一般需要在输出侧附加大功率DC-DC变换器以完成电压等级的转换，这将会减小系统的功率密度和效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有的三相APFC变换器控制策略复杂、各相难以单独控制、可靠度相对较低或现有的组合式三相APFC变换器输出侧需要附加大功率DC-DC变换器完成电压等级转换的问题，从而提供基于全桥结构的组合式三相单级APFC变换器及其控制装置。本专利技术的基于全桥结构的组合式三相单级APFC变换器，包括三个单相单级全桥APFC电路单体，分别为单体a、单体b和单体c；单体a的输出侧、单体b的输出侧和单体c的输出侧并联，组成并联支路，该并联支路与输出滤波电容并联，组成并联电路，该并联电路的两端作为变换器输出端。优选的是，该变换器的输入侧采用星形连接，即单体a的输入侧+端、单体b的输入侧+端和单体c的输入侧+端分别与三相电网的A相、B相和C相线相连，单体a的输入侧-端、单体b的输入侧-端和单体c的输入侧-端均与三相电网的中性线N相连。优选的是，该变换器的输入侧采用三角形连接，即单体a的输入侧+端、单体b的输入侧+端和单体c的输入侧+端分别与三相电网的A相、B相和C相线相连，单体a的输入侧-端、单体b的输入侧-端分别和单体c的输入侧-端与三相电网的B相、C相和A相线相连。优选的是，每个单相单级全桥APFC电路单体包括工频整流桥、PFC电感、全桥桥臂、高频变压器和输出全波整流电路；工频整流桥的输入侧作为单体的输入侧，工频整流桥的输出+端与PFC电感的一端相连，工频整流桥的输出-端与全桥桥臂的两个桥臂的下侧开关器件的源极相连，全桥桥臂的两个桥臂的上侧开关器件的漏极均与PFC电感的另一端相连；高频变压器一次侧的同名端、全桥桥臂的一个桥臂的上侧开关器件的源极和该桥臂下侧开关器件的漏极相连，高频变压器一次侧的异名端、全桥桥臂的另一个桥臂的上侧开关器件的源极和该桥臂下侧开关器件的漏极相连；高频变压器二次侧三个端子分别与输出全波整流电路的输入侧三个端子相连；输出全波整流电路的输出侧作为单体的输出侧。优选的是，每个单相单级全桥APFC电路单体包括工频整流桥、PFC电感、全桥桥臂、高频变压器和输出全波整流电路；工频整流桥的输入侧作为单体的输入侧，工频整流桥的输出+端与PFC电感的一端相连，工频整流桥的输出-端与全桥桥臂的两个桥臂的下侧开关器件的发射极相连，全桥桥臂的两个桥臂的上侧开关器件的集电极均与PFC电感的另一端相连；高频变压器一次侧的同名端、全桥桥臂的一个桥臂的上侧开关器件的发射极和该桥臂下侧开关器件的集电极相连，高频变压器一次侧的异名端、全桥桥臂的另一个桥臂的上侧开关器件的发射极和该桥臂下侧开关器件的集电极相连；高频变压器二次侧三个端子分别与输出全波整流电路的输入侧三个端子相连；输出全波整流电路的输出侧作为单体的输出侧。本专利技术的基于全桥结构的组合式三相单级APFC变换器的控制装置，包括电压外环和三个电流环；三个电流环分别与单体a、单体b和单体c对应，三个电流环的结构相同；电压外环采用电压补偿器实现；电压补偿器的两个输入端分别输入变换器的输出电压和参考电压；每个电流环包括限幅器、乘法器、电流补偿器和PWM调制器；限幅器的输入端与电压补偿器的输出端相连，限幅器的输出端与乘法器的一个输入端相连，乘法器的另一个输入端输入对应单体的输入电压绝对值，乘法器的输出端与电流补偿器的一个输入端相连，电流补偿器的另一个输入端输入对应单体的PFC电感的电流，电流补偿器的输出端与PWM调制器的输入端相连，PWM调制器的输出作为对应单体的全桥桥臂的开关器件的PWM开关信号。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1、本专利技术的技术方案采用三个单相单体组合，组合后的变换器无需采用
技术介绍
所述的三相APFC变换器非常复杂的控制策略，本专利技术对现有的单相APFC变换器相对简单的控制策略进行改进。本专利技术的控制装置中，三个单相单体可分别单独控制，与单相APFC变换器独立运行几乎相同，各相之间影响非常小；通过改变限幅器限幅值的大小，可灵活调节或限制各相电流幅值，且不影响功率因数校正效果；该控制装置还可以保证单相发生故障时其余相仍可为负载提供能量，可靠度较高。2、单相单体采用单级全桥APFC电路，得益于该结构中的高频变压器，单体及组合式APFC变换器的输出电压可在数十伏至数千伏很宽的范围内设计，而非
技术介绍
中所述两级式APFC变换的400V左右；得益于其全桥结构，单体本身可应用在大功率场合，而组合式APFC变换器可胜任更大功率等级。本专利技术属于一种单级式APFC变换，使用一级电路即可同时实现功率因数校正和电压等级转换，其效率和功率密度都较高。本专利技术是通过三相组合克服现有的单相单级全桥APFC单体存在的缺点。现有单相单体是单级式APFC，单体单独工作时存在固有的较大输出电压二倍工频纹波、输出滤波电容较大和调节速度较慢的问题。三相组合之后，由三个单相单体产生的二倍工频纹波相抵消，可使输出电压不存在二倍工频纹波，输出滤波电容可选得较小，同时也大大加快了系统的调节速度。可见，无论是与现有三相APFC变换器相比，还是同单相单级全桥APFC电路相比，本技术方案均具有积极意义。附图说明图1是具体实施方式一所述的基于全桥结构的组合式三相单级APFC变换器在三相四线制场合输入侧为星形连接时的电路结构示意图；图2是具体实施方式一所述的基于全桥结构的组合式三相单级APFC变换器在三相三线制场合输入侧为三角形连接时的电路结构示意图；图3是具体实施方式六所述的基于全桥结构的组合式三相单级APFC变换器的控制装置的原理结构示意图；图4为具体实施方式六中的三个单体限幅器的限幅值不同时组合式三相单级APFC变换器输入电流波形图；图5为具体实施方式六中的单体c发生故障时组合式三相本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于全桥结构的组合式三相单级APFC变换器，其特征在于，包括三个单相单级全桥APFC电路单体，分别为单体a、单体b和单体c；单体a的输出侧、单体b的输出侧和单体c的输出侧并联，组成并联支路，该并联支路与输出滤波电容(6)并联，组成并联电路，该并联电路的两端作为变换器输出端。

【技术特征摘要】
1.基于全桥结构的组合式三相单级APFC变换器，其特征在于，包括三个单相单级全桥APFC电路单体，分别为单体a、单体b和单体c；单体a的输出侧、单体b的输出侧和单体c的输出侧并联，组成并联支路，该并联支路与输出滤波电容(6)并联，组成并联电路，该并联电路的两端作为变换器输出端。2.根据权利要求1所述的基于全桥结构的组合式三相单级APFC变换器，其特征在于，该变换器的输入侧采用星形连接，即单体a的输入侧+端、单体b的输入侧+端和单体c的输入侧+端分别与三相电网的A相、B相和C相线相连，单体a的输入侧-端、单体b的输入侧-端和单体c的输入侧-端均与三相电网的中性线N相连。3.根据权利要求1所述的基于全桥结构的组合式三相单级APFC变换器，其特征在于，该变换器的输入侧采用三角形连接，即单体a的输入侧+端、单体b的输入侧+端和单体c的输入侧+端分别与三相电网的A相、B相和C相线相连，单体a的输入侧-端、单体b的输入侧-端分别和单体c的输入侧-端与三相电网的B相、C相和A相线相连。4.根据权利要求1所述的基于全桥结构的组合式三相单级APFC变换器，其特征在于，每个单相单级全桥APFC电路单体包括工频整流桥(1)、PFC电感(2)、全桥桥臂(3)、高频变压器(4)和输出全波整流电路(5)；工频整流桥(1)的输入侧作为单体的输入侧，工频整流桥(1)的输出+端与PFC电感(2)的一端相连，工频整流桥(1)的输出-端与全桥桥臂(3)的两个桥臂的下侧开关器件的源极相连，全桥桥臂(3)的两个桥臂的上侧开关器件的漏极均与PFC电感(2)的另一端相连；高频变压器(4)一次侧的同名端、全桥桥臂(3)的一个桥臂的上侧开关器件的源极和该桥臂下侧开关器件的漏极相连，高频变压器(4)一次侧的异名端、全桥桥臂(3)的另一个桥臂的上侧开关器件的源极和该桥臂下侧开关器件的漏极相连；高频变压器(4)二次侧三个端子分别与输...

【专利技术属性】
技术研发人员：贲洪奇，王雪松，黄奕毅，王韦琦，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23