单周期三相三开关功率因数校正PWM调制方法及调制器技术

本发明专利技术公开了一种单周期三相三开关功率因数校正PWM调制方法及调制器，属于交流‑直流变换技术领域。本发明专利技术采用两个三角波信号参与调制，并将调制结果进行分配控制，使得在相同的工作频率的条件下，比传统单周期三相三开关功率因数校正电路的实际开关次数减少三分之一，可以较好地解决传统单周期三相三开关功率因数校正电路因工作频率的提高所带来的损耗加大的不足。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电能变换装置的交流-直流变换器领域，具体涉及一种单周期三相三开关功率因数校正PWM调制方法及调制器。
技术介绍
随着电力电子技术的广泛应用，电网谐波污染带来的危害越来越引起人们的关注。接入电网的设备所产生的电流谐波极大地影响了电网的安全，严重时可使得接入同一电网的设备不能正常工作，甚至造成部分设备的损坏。这些严重的后果迫使人们对电能变换装置提出输入电流总谐波失真(THD)的限制以及功率因数(PF)的要求。且从节能减排的方面，要求该装置尽可能的提高效率。因此，用电设备的功率因数校正及其转换效率，近年来一直是业界十分关注的研究课题，而且今后必将越来越重视。由于三相设备往往功率较大，因此三相功率因数校正的应用就占据有十分重要的位置。将单周期控制技术应用于三相功率因数校正具有很多优势，它使得电路简洁、动态响应快、稳定性好且易于实现。采用最低开关损耗的调制方法，可进一步提高了传统单周期三相三开关功率因数校正电路的效率，是一个很有现实意义且很有必要的研究课题。图1为三相三开关功率因数校正的电路原理框图。根据图1中的三相三开关功率因数校正的电路的主电路及其等效平均模型，我们可以推导出三相三开关功率因数校正控制方程：其方程式的功能为PWM调制器，式中Vm为误差放大器的输出，τ为积分器的时间常数，在本方程式中要求τ＝TS，这里的TS就是该积分器的工作周期，也是该单周期功率因数校正电路的工作周期,方程式左边为相电流检测电路。传统的三相三开关功率因数校正PWM调制器实现方案的电路框图可参见图2。由图2可见，由N1构成的误差放大器的两个输入连接至参考基准和取样电压，N1的输出端的输出为误差放大器的输出-Vm；误差放大器的输出端连接至由N2构成的积分器的输入端，积分器在一个积分周期内的输出为：Vm*(t/τ)；积分器输出端连接至由N3构成的加法器的一个反向输入端，加法器的另一个反向输入端连接至误差放大器的输出端，加法器的输出为：Vm*(1-t/τ)，该输出即为上述控制方程中调制用的三角波信号。为实现三相电流的PWM调制，调制器采用了三个比较器N4、N5及N6，它们的输出G1、G2及G3分别为三相三开关功率因数校正调制的三个功率开关的控制信号。因此可见，单周期三相三开关功率因数校正的工作周期，就决定了其三个主功率开关的工作频率，工作频率越高，开关的次数就越多，所带来的开关损耗就越大，主功率电路中的二极管的反向恢复损耗也越大。该因素限制了传统单周期三开关功率因数校正电路的工作频率的进一步提高或者效率的进一步提升。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷和迫切技术需求，本专利技术提出一种降低开关损耗的单周期三相三开关功率因数校正调制方法及调制器，采用两个三角波信号参与调制，并将调制结果进行分配控制，使得在相同的工作频率的条件下，比传统单周期三相三开关功率因数校正电路的实际开关次数减少三分之一，可以较好地解决传统单周期三相三开关功率因数校正电路因工作频率的提高所带来的损耗加大的不足。为了实现本专利技术的技术目的，本专利技术提供一种单周期三相三开关功率因数校正调制方法，该方法包括以下步骤：将参考基准与取样电压进行比较，对比较所得的误差电压放大和积分得到第一三角波；对误差电压与第一三角波进行运算，得到第二三角波；将三相电流采样信号经绝对值运算后与第一三角波进行比较，输出第一组比较结果；将三相电流采样信号经绝对值运算后与第二三角波进行比较，输出第二组比较结果；对三相电流采样信号进行过零检测，根据过零检测信号将一个正弦信号周期分为六个时间分区；将第一组比较结果和第二组比较结果作为PWM调制输入，PWM调制输出三相开关在六个时间分区内的控制信号。进一步地，所述六个时间分区表示为：1分区：a相采样电流＞0且c相采样电流＞0；2分区：b相采样电流＜0且c相采样电流＜0；3分区：a相采样电流＞0且b相采样电流＞0；4分区：a相采样电流＜0且c相采样电流＜0；5分区：b相采样电流＞0且c相采样电流＞0；6分区：a相采样电流＜0且b相采样电流＜0。进一步地，将三相电流采样信号经绝对值运算后与第一三角波进行比较，输出第一比较结果表示为Pa1、Pb1、Pc1；将三相电流采样信号经绝对值运算后与第二三角波进行比较，输出第二比较结果表示为Pa2、Pb2、Pc2；所述PWM调制输出的a相电路开关控制信号G1在六个时间分区的输出信号分别为：1分区：Pa2+Pb1；2分区：0；3分区：Pa2+Pc1；4分区：Pa2+Pb1；5分区：0；6分区：Pa2+Pc1；所述PWM调制输出的b相电路开关控制信号G2在六个时间分区的输出信号分别为：1分区：0；2分区：Pb2+Pa1；3分区：Pb2+Pc1；4分区：0；5分区：Pb2+Pa1；6分区：Pb2+Pc1；所述PWM调制输出的c相电路开关控制信号G3在六个时间分区的输出信号分别为：1分区：Pc2+Pb1；2分区：Pc2+Pa1；3分区：0；4分区：Pc2+Pb1；5分区：Pc2+Pa1；6分区：0。进一步地，所述PWM调制原则是：实现所述PWM调制的最大电流绝对值相开关不动，将最大电流绝对值相的调制结果叠加于另外两相。一种单周期三相三开关功率因数校正调制器，包括误差放大器、积分器、加法器、第一组比较器、第二组比较器、过零检测电路、绝对值电路、相位分区及PWM信号分配控制逻辑电路；误差放大器的两个输入分别输入参考基准和采样电压，误差放大器的输出端连接积分器的反向输入端，积分器的同向输入端接地，积分器的复位端接复位信号,积分器的输出端连接加法器的一个反向输入端，加法器的另一个反向输入端连接误差放大器的输出端；第一组比较器包括三个第一比较器，三个第一比较器的同向输入端均连接积分器的输出端，三个第一比较器的反向输入端分别连接三个绝对值电路的输出端，三个第一比较器的输出端连接PWM逻辑控制电路的输入端；第二组比较器包括三个第二比较器，三个第二比较器的同向输入端均连接加法器的输出端，三个第二比较器的反向输入端分别连接三个绝对值电路的输出端，三个第二比较器的输出端连接相位分区及PWM信号分配控制逻辑电路的输入端；三个绝对值电路的输入端分别输入三相电流的取样信号；过零检测电路的三个输入端分别输入三相电流的取样信号,过零检测电路的三个输出端连接相位分区及PWM信号分配控制逻辑电路的输入端。本专利技术的有益技术效果体现在：首先分析传统的单周期三相三开关功率因数校正PWM调制器电路方案，参见图2，图2为传统的单周期三相三开关功率因数校正PWM调制器实现方案的电路框图。由该PWM调制器电路可见，三相电流取样信号RS*ia、RS*ib、RS*ic分别经绝对值运算后，与同一个三角波进行比较，令G1、G2及G3分别得到的比较结果为Pa2、Pb2、Pc2。这里的Pa2、Pb2、Pc2为三个脉宽不同的脉冲信号，它们有相同的起始点，有不同的终止点，它们的脉宽取决于与该三角波进行比较的电流取样信号的瞬时值，可见Pa2、Pb2、Pc2这三个脉冲信号在时间上有一部分是相互重叠的。要实现低开关损耗的单周期三相三开关功率因数校正的PWM调制，本专利技术可采用最大电流绝对值相开关不动的方法：让最大电流绝对值相开关不动，将最大电流绝对值相的调制结果相加于另外两相。而由前面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单周期三相三开关功率因数校正PWM调制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：将参考基准与取样电压进行比较，对比较所得的误差电压放大和积分得到第一三角波；对误差电压与第一三角波进行运算，得到第二三角波；将三相电流采样信号经绝对值运算后与第一三角波进行比较，输出第一组比较结果；将三相电流采样信号经绝对值运算后与第二三角波进行比较，输出第二组比较结果；对三相电流采样信号进行过零检测，根据过零检测信号将一个正弦信号周期分为六个时间分区；将第一组比较结果和第二组比较结果作为PWM调制输入，PWM调制输出三相开关在六个时间分区内的控制信号。

【技术特征摘要】
1.一种单周期三相三开关功率因数校正PWM调制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：将参考基准与取样电压进行比较，对比较所得的误差电压放大和积分得到第一三角波；对误差电压与第一三角波进行运算，得到第二三角波；将三相电流采样信号经绝对值运算后与第一三角波进行比较，输出第一组比较结果；将三相电流采样信号经绝对值运算后与第二三角波进行比较，输出第二组比较结果；对三相电流采样信号进行过零检测，根据过零检测信号将一个正弦信号周期分为六个时间分区；将第一组比较结果和第二组比较结果作为PWM调制输入，PWM调制输出三相开关在六个时间分区内的控制信号。2.根据权利要求1所述的单周期三相三开关功率因数校正调制方法，其特征在于，所述六个时间分区表示为：1分区：a相采样电流＞0且c相采样电流＞0；2分区：b相采样电流＜0且c相采样电流＜0；3分区：a相采样电流＞0且b相采样电流＞0；4分区：a相采样电流＜0且c相采样电流＜0；5分区：b相采样电流＞0且c相采样电流＞0；6分区：a相采样电流＜0且b相采样电流＜0。3.根据权利要求2所述的单周期三相三开关功率因数校正调制方法，其特征在于，将三相电流采样信号经绝对值运算后与第一三角波进行比较，输出第一比较结果表示为Pa1、Pb1、Pc1；将三相电流采样信号经绝对值运算后与第二三角波进行比较，输出第二比较结果表示为Pa2、Pb2、Pc2；所述PWM调制输出的a相电路开关控制信号G1在六个时间分区的输出信号分别为：1分区：Pa2+Pb1；2分区：0；3分区：Pa2+Pc1；4分区：Pa2+Pb1；5分区：0；6分区：Pa2+Pc1；所述PWM调制输出的b相电路开关控制信号G2在六个时间分区的输出信号分别为：1分区：0；2分区：Pb2+Pa1；3分...

【专利技术属性】
技术研发人员：张黎明，林杰，张惠军，
申请(专利权)人：武汉永力科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42