一种三相隔离降压型PFC整流器及其控制方法技术

本发明专利技术涉及电力电子变换器技术领域，特别涉及一种三相隔离降压型PFC整流器及其控制方法。三相隔离降压型PFC整流器包括三相整流桥单元和开关阵列单元，其中，三相整流桥单元包括三个整流桥臂组成，每个整流桥臂包括上下各一个二极管；开关阵列单元包括高频开关组和三个双向开关组，高频开关组由第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管串联组成，三个双向开关组包括第一双向开关组、第二双向开关组以及第三双向开关组。本发明专利技术的三相隔离降压型PFC整流器及其控制方法，能够使得整个系统结构更加简单，提高了效率，具有高功率因数，低电流谐波含量，高电源密度，高效率等优点，可以广泛用于对功率密度要求较高的三相电源供电的场合。

【技术实现步骤摘要】
一种三相隔离降压型PFC整流器及其控制方法
本专利技术涉及电力电子变换器
，特别涉及一种三相隔离降压型PFC整流器及其控制方法。
技术介绍
随着电子设备中使用的电力电子装置越来越多，三相电网中电负荷的容量越来越大，使得电网交流电源系统中增加了很大的无功功率和谐波污染，大量无功功率导致电网损耗严重，发热增大，严重时甚至会使电网瘫痪，设备损坏，这样就需要对三相交流电源进行功率因数校正(PFC)，用来降低电网中的电流谐波含量，减少电网的无功功率，提高电网的功率因数。为了解决上述问题，目前常用的是单级的三相PFC整流电路；但是，单级的三相PFC整流电路是不隔离的，且输出电压一般较高，不能被后级电路直接使用，一般还需要在后面加一级隔离降压的直流变换器才能给用电设备使用，使得电路更加复杂，成本高，效率低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供了一种三相隔离降压型PFC整流器及其控制方法，以解决现有三相PFC整流电路存在的至少一个问题。本专利技术的技术方案是：一种三相隔离降压型PFC整流器，包括三相整流桥单元和开关阵列单元，其中，所述三相整流桥单元包括三个整流桥臂组成，每个整流桥臂包括上下各一个二极管，每个所述整流桥臂通过其二个二极管的中点连接到三相输入交流的一根电源线上，其中，三个所述整流桥臂是依次与三相输入交流的三根电源线连接；所述开关阵列单元包括高频开关组和三个双向开关组，所述高频开关组第一开关管Q4、第二开关管Q9、第三开关管Q10以及第四开关管Q5串联组成，所述高频开关组的两端连接到三相整流桥单元输出侧，所述高频开关组的第一开关管Q4与第二开关管Q9的连接点作为所述开关阵列单元的一个输出端，所述高频开关组的第三开关管Q10与第四开关管Q5的连接点作为所述开关阵列单元的另一个输出端，另外，所述三个双向开关组包括第一双向开关组、第二双向开关组以及第三双向开关组，所述三个双向开关组的一端分别连接到三相输入交流三根电源线上，另一端互相连接后再与所述高频开关组的第二开关管Q9和第三开关管Q10连接点连接。可选的，所述的三相隔离降压型PFC整流器还包括串联谐振单元、隔离变压器以及次级整流单元；其中所述串联谐振单元与所述隔离变压器串联，所述开关阵列单元的一个输出端接到所述串联谐振单元，所述开关阵列单元的另一个输出端接到所述隔离变压器的初级绕组，所述隔离变压器的次级绕组与所述次级整流单元连接。可选的，每个所述双向开关组由二个开关管采用反向对称的连接方式串联构成。可选的，所述双向开关组包括单相整流桥加单个开关管。可选的，所述次级整流单元为全波整流或者倍压整流或者全桥整流。可选的，所述开关阵列单元中的开关管是MOSFET或者IGBT。可选的，所述三相整流桥单元上桥臂的三个二极管D1、D3、D5的二极管阴极相连，作为所述三相整流桥单元的输出正极，接到所述开关阵列单元的第一开关管Q4的漏极；另外，所述三相整流桥单元下桥臂的三个二极管D2、D4、D6的二极管阳极相连，作为所述三相整流桥单元的输出负极，接到所述开关阵列单元的第四开关管Q5的源极。可选的，第一个所述整流桥臂的二极管D1的阳极同时连接到其二极管D2的阴极、A相电源线以及所述开关阵列单元的第一双向开关组Q1、Q6；第二个所述整流桥臂的二极管D3的阳极同时连接到其二极管D4的阴极、B相电源线以及所述开关阵列单元的第二双向开关组Q2、Q7；第三个所述整流桥臂的二极管D5的阳极同时连接到其二极管D6的阴极、C相电源线以及所述开关阵列单元的第三双向开关组Q3、Q8。本专利技术还提供了一种三相隔离降压型PFC整流器控制方法，包括如下步骤：步骤一、根据三相电源电压相互关系以及所述三相电源电压的大小与0电平的相互关系，将一个基波周期分为十二个扇区；步骤二、对当前输入的三相电源电压信号进行幅值检测，判断三相电源电压在当前时刻所处的扇区和相位；步骤三、在每个扇区内，根据三相电源电压大小分别定义为高电压相、中电压相和低电压相：其中，在每个区间内一直导通中电压相对应的双向开关组，将另两个双向开关组关闭；同时，开关阵列单元高频开关组的四个开关管在一个基波周期内以不同的预定占空比进行PWM控制，其中，且第一开关管Q4和第四开关管Q5PWM的预定占空比不超过50％。可选的，所述的三相隔离降压型PFC整流器控制方法还包括：步骤四、当在所述开关阵列单元高频开关组的第一开关管Q4和第四开关管Q5关断期间，所述第二开关管Q9和第三开关管Q10继续PWM工作，使电流形成反向谐振；步骤五、当在所述开关阵列单元高频开关组的第一开关管Q4和第四开关管Q5恢复导通期间，返回步骤三；另外，在所述步骤三和步骤四执行同时，还包括对次级整流单元输出电压进行检测，形成电压反馈，通过改变PWM的开关频率控制输出电压的大小。专利技术效果：本专利技术的三相隔离降压型PFC整流器及其控制方法，能够使得整个系统结构更加简单，提高了效率，具有高功率因数，低电流谐波含量，高电源密度，高效率等优点，可以广泛用于对功率密度要求较高的三相电源供电的场合。附图说明图1是本专利技术三相隔离降压型PFC整流器及其控制方法中整流器的电路图；图2是本专利技术三相隔离降压型PFC整流器及其控制方法中三相电压相区划分示意图；图3是本专利技术三相隔离降压型PFC整流器及其控制方法一个实施例中双向开关组的电路图。具体实施方式为使本专利技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下面结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术保护范围的限制。下面结合附图1至图3对本专利技术三相隔离降压型PFC整流器及其控制方法做进一步详细说明。本专利技术提供了一种三相隔离降压型PFC整流器，包括三相整流桥单元和开关阵列单元。具体地，三相整流桥单元包括三个整流桥臂组成，每个整流桥臂包括上下各一个二极管，每个整流桥臂通过其二个二极管的中点连接到三相输入交流的一根电源线上；其中，三个整流桥臂是依次与三相输入交流的三根电源线连接。开关阵列单元包括高频开关组和三个双向开关组，所述高频开关组由第一开关管Q4、第二开关管Q9、第三开关管Q10以及第四开关管Q5串联组成。本实施例中，优选开关阵列单元中的开关管可以是MOSFET或者IGBT。具体地，高频开关组的两端连接到三相整流桥单元输出侧，高频开关组的第一开关管Q4与第二开关管Q9的连接点作为开关阵列单元的一个输出端，高频开关组的第三开关管Q10与第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三相隔离降压型PFC整流器，其特征在于，包括三相整流桥单元和开关阵列单元，其中，所述三相整流桥单元包括三个整流桥臂组成，每个整流桥臂包括上下各一个二极管，每个所述整流桥臂通过其二个二极管的中点连接到三相输入交流的一根电源线上，其中，三个所述整流桥臂是依次与三相输入交流的三根电源线连接；所述开关阵列单元包括高频开关组和三个双向开关组，所述高频开关组由第一开关管(Q4)、第二开关管(Q9)、第三开关管(Q10)以及第四开关管(Q5)串联组成，所述高频开关组的两端连接到三相整流桥单元输出侧，所述高频开关组的第一开关管(Q4)与第二开关管(Q9)的连接点作为所述开关阵列单元的一个输出端，所述高频开关组的第三开关管(Q10)与第四开关管(Q5)的连接点作为所述开关阵列单元的另一个输出端，另外，所述三个双向开关组包括第一双向开关组、第二双向开关组以及第三双向开关组，所述三个双向开关组的一端分别连接到三相输入交流三根电源线上，另一端互相连接后再与所述高频开关组的第二开关管(Q9)和第三开关管(Q10)连接点连接。

【技术特征摘要】
1.一种三相隔离降压型PFC整流器，其特征在于，包括三相整流桥单元和开关阵列单元，其中，所述三相整流桥单元包括三个整流桥臂组成，每个整流桥臂包括上下各一个二极管，每个所述整流桥臂通过其二个二极管的中点连接到三相输入交流的一根电源线上，其中，三个所述整流桥臂是依次与三相输入交流的三根电源线连接；所述开关阵列单元包括高频开关组和三个双向开关组，所述高频开关组由第一开关管(Q4)、第二开关管(Q9)、第三开关管(Q10)以及第四开关管(Q5)串联组成，所述高频开关组的两端连接到三相整流桥单元输出侧，所述高频开关组的第一开关管(Q4)与第二开关管(Q9)的连接点作为所述开关阵列单元的一个输出端，所述高频开关组的第三开关管(Q10)与第四开关管(Q5)的连接点作为所述开关阵列单元的另一个输出端，另外，所述三个双向开关组包括第一双向开关组、第二双向开关组以及第三双向开关组，所述三个双向开关组的一端分别连接到三相输入交流三根电源线上，另一端互相连接后再与所述高频开关组的第二开关管(Q9)和第三开关管(Q10)连接点连接。2.根据权利要求1所述的三相隔离降压型PFC整流器，其特征在于，还包括串联谐振单元、隔离变压器以及次级整流单元；其中所述串联谐振单元与所述隔离变压器串联，所述开关阵列单元的一个输出端接到所述串联谐振单元，所述开关阵列单元的另一个输出端接到所述隔离变压器的初级绕组，所述隔离变压器的次级绕组与所述次级整流单元连接。3.根据权利要求2所述的三相隔离降压型PFC整流器，其特征在于，每个所述双向开关组由二个开关管采用反向对称的连接方式串联构成。4.根据权利要求2所述的三相隔离降压型PFC整流器，其特征在于，所述双向开关组包括单相整流桥加单个开关管。5.根据权利要求2所述的三相隔离降压型PFC整流器，其特征在于，所述次级整流单元为全波整流或者倍压整流或者全桥整流。6.根据权利要求1-5任一项所述的三相隔离降压型PFC整流器，其特征在于，所述开关阵列单元中的开关管是MOSFET或者IGBT。7.根据权利要求6所述的三相隔离降压型PFC整流器，其特征在于，所述三相整流桥单元上桥臂的三个二极管(D1、D3、...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴钱坤，许政，王文涛，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32