一种单级隔离型三相PFC变换器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种单级隔离型三相PFC变换器及其控制方法，其变换器包括原边输入电路、变压器和副边输出电路，原边输入电路包括第一开关单元、第一整流单元、第二开关单元、串联谐振单元；第一开关单元包括三个开关组，三个开关组分别设置在接入的三相三线电源的三根相线上；三个开关组分别通过三根相线与第一整流单元连接；第一整流单元连接第二开关单元和彼此串接的串联谐振单元、变压器的一次侧，变压器的二次侧与副边输出电路连接；本发明专利技术的结构简单，实现了交直流转换功能、功率因素校正功能、隔离变换、软开关以及调压功能，节省很多功率率器件，适合于高功率密度场合。

A single stage isolated three-phase PFC converter and its control method

The invention discloses an isolated type three-phase PFC converter and its control method, the converter includes a primary side and secondary side of the transformer input circuit, output circuit, the primary input circuit comprises a first switch unit, a first rectifier unit, a second switch unit, series resonant unit; a first switch unit includes three switch group. The three switch group are arranged on the three line access three-phase three wire power supply; the three switch group are respectively connected with the first three phase rectifier unit through the first rectifier unit is connected; the second switch unit and each other on one side of the series resonant unit, transformer, two secondary side of the transformer and the vice the edge of the output circuit is connected; the invention has simple structure, realizes the AC-DC conversion function, power factor correction, isolation transform, soft switching and the pressure regulating function, save a lot of The power rate device is suitable for high power density.

【技术实现步骤摘要】
一种单级隔离型三相PFC变换器及其控制方法
本专利技术涉及电力电子
，特别是涉及一种单级隔离型三相PFC变换器及其控制方法。
技术介绍
由于近年来单体设备用电负荷的容量越来越大，大多是采用三相供电，比如电动汽车充电站等，假如没有PFC矫正功能就会对电网的电能质量破坏很大，甚至严重时会导致电网的瘫痪，目前，PFC(功率因素校正)电路，包括升压型(Boost)和降压型(Buck)两种，但无论是采用升压型还是降压型PFC变换电路，如果输出需要隔离或者电压超过一定范围时，其后级均需要增加一级直流变换器，所以长期以来，对于三相交流输入的交直流变换电路，一般为PFC+DC/DC两级电路，由此导致整个电路设计会较为复杂，因此在之前也有国外同行提出过单级的三相交直流变换器，如大家较为熟悉的cycloconverter，其中在EATON集团的MichaelHarrison在2007年申请的专利技术专利WO2008/018802A2是较为典型的高效率三相交流单级变换器，如图1所示，该电路在传统的三相交流变换器的基础上实现了电路简化，同时也实现了软开关，在理想输入条件下配合其控制方法几乎完美；但是由于实际设备的三相输入电压源并非理想，会有各种不同的瞬态电能质量问题，比如有电网暂降，突波，频率跳变等各种各样的实际工况。由于该电路极为简化，每次导通只能是一相开关组，三相依次轮回，开通后经过谐振电感，变压器直接与各相连接的谐振电容构成回路；原本是按照正常逻辑工作的电路，在输入电压出现跳变或者极性突变的情况下，容易形成反向尖峰电压及电流倒灌，其必须立即终止工作或者快速切换为对应的保护模式(或者工况)，否则谐振电压(或者电流)与输入源的压差容易造成开关组的损坏，因此其侦测保护要求极高，对应不同的电网状况需要设置不同的保护和工作模式，而势必将控制算法变得极其复杂，变换器的DSP控制单元的运算速度及存储空间都是有限的，因此该拓扑装置对于电网的条件会太过敏感，或者说电网适应性较差，从而导致可靠性较差，无法大规模化量化生产，这也是至今不见该技术大范围推广应用到产品的原因。因此，我们有必要在总结各位前辈的技术基础上，重新设计和专利技术一种电路去实现高效率，高功率密度及高可靠性。以上
技术介绍
内容的公开仅用于辅助理解本专利技术的专利技术构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述
技术介绍
不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
技术实现思路
本专利技术目的在于提出一种单级隔离型三相PFC变换器及其控制方法，以解决上述现有技术存在的结构及控制方法复杂导致的应用受限的技术问题。为此，本专利技术提出了一种单级隔离型三相PFC变换器，包括原边输入电路、变压器和副边输出电路，所述原边输入电路包括第一开关单元、第一整流单元、第二开关单元、串联谐振单元；所述第一开关单元包括三个开关组，三个所述开关组分别设置在接入的三相三线电源的三根相线上；三个所述开关组分别通过三根相线与所述第一整流单元连接；所述第一整流单元连接所述第二开关单元和彼此串接的所述串联谐振单元、所述变压器的一次侧，所述变压器的二次侧与副边输出电路连接；所述第一整流单元执行交流整流操作，所述变压器执行隔离及变压操作，所述开关组既用于执行交流功率因素校正开关操作，又配合所述串联谐振单元、所述变压器和执行反向谐振通路开关操作的所述第二开关单元一起完成串联谐振变换电路的功能。优选的，所述开关组包括第一功率开关和第二功率开关；所述第一功率开关和所述第二功率开关通过同一个驱动信号进行驱动；或，所述第一功率开关和所述第二功率开关各自通过独立的驱动信号进行驱动。优选的，所述副边输出电路包括第二整流单元，所述第二整流单元可为倍压整流、全波整流或全桥整流。优选的，所述副边输出电路还包括储能续流单元，所述储能续流单元不设置续流电感，设置滤波电容，所述滤波电容与所述第二整流单元并接；或所述储能续流单元设置至少一个续流电感和至少一个滤波电容，彼此串接的至少一个所述续流电感与至少一个所述滤波电容与所述第二整流单元连接。优选的，所述第一功率开关、所述第二功率开关和所述第二开关单元为MOS管或IGBT管。优选的，所述串联谐振单元包括至少一个谐振电感和至少一个谐振电容，所述谐振电感与所述谐振电容串联连接。优选的，所述原边输入电路还包括输入滤波器，所述输入滤波器设置在所述第一开关单元前端，三相三线电源经输入滤波器滤波后接入所述第一开关单元。同时，本专利技术还提出了另一种单级隔离型三相PFC变换器，包括至少两个如上任一所述的PFC变换器，各个PFC变换器之间以并联或者交错并联连接。此外，本专利技术还提出了一种用于上述的单级隔离型三相PFC变换器的控制方法，包括以下步骤：检测输入输出条件，判断输入输出条件是否满足工作条件，不满足条件继续等待；如若满足条件，开始工作，对输入的三相三线电源电压信号进行锁相处理，判断三相三线电源的当前时刻所处的相位和区间段；对当前区间段下的第一开关单元中，对应于电压幅值绝对值最小的一相线路上的开关组，施加控制其在区间段内一直处于导通状态的第一驱动信号，并对另外两相线路上的开关组施加进行PWM控制的第二驱动信号和第三驱动信号，以及对第二开关单元进行PWM控制的第四驱动信号，使得三相三线电源之间能形成导通回路，并在不形成导通回路时，通过第二开关单元实现续流和反向谐振。优选的，施加的第一驱动信号为：一直存在的高电平信号；或PWM驱动信号，所述PWM驱动信号的驱动电压大于第二驱动信号和第三驱动信号的驱动电压。在所述区间段内，所述另外两相线路中，电压方向与电压幅值绝对值最小的那相线路相同的一相线路上的开关组施加所述第二驱动信号，电压方向不同的开关组施加所述第三驱动信号，所述第二驱动信号的占空比小于所述第三驱动信号的占空比，且所述第四驱动信号的占空比与所述第三驱动信号的占空比相同。所述第三驱动信号的占空比不大于0.5，所述第三驱动信号占空比与第四驱动信号的占空比形成互补。最后，本专利技术提出了一种用于上述的单级隔离型三相PFC变换器的控制方法，通过上述任一所述的控制方法分别对至少两个并联连接的三相PFC变换器进行控制，其中，至少两个并联连接的三相PFC变换器的工作相位相差半个高频周期。本专利技术与现有技术对比的有益效果包括：从结构上，本专利技术改变了传统的PFC电路加直流隔离变换电路的实现方法，通过本专利技术的拓扑结构，可以节省常规交直流变换器的交流整流后的储能单元，同时也可节省直流隔离变换的功率器件以及驱动电路，整个交直流变换电路简单，控制逻辑精简，效率高，适合于高效率及高功率密度需求场合；从功能上，相对于传统的带有功率因素校正功能的隔离型三相交直流变换器而言，通过一级变换电路就实现了交直流转换功能、功率因素校正功能、隔离变换、软开关以及调压功能，可以节省很多功率率器件，同时相比于前述提到的Cycloconverter，由于三相三线电源的输入可以在两相之间形成回路，每次导通不再是一相开关组，能有效应对输入电压出现跳变或者极性突变的情况，其电网适应性更强，工作稳定性更高，设备质量更加可靠。附图说明图1是现有的高效率三相交流单级变换器(cycloconverter)结构示意图。图2是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单级隔离型三相PFC变换器，其特征在于：包括原边输入电路、变压器和副边输出电路，所述原边输入电路包括第一开关单元、第一整流单元、第二开关单元、串联谐振单元；所述第一开关单元包括三个开关组，三个所述开关组分别设置在接入的三相三线电源的三根相线上；三个所述开关组分别通过三根相线与所述第一整流单元连接；所述第一整流单元连接所述第二开关单元和彼此串接的所述串联谐振单元、所述变压器的一次侧，所述变压器的二次侧与副边输出电路连接。

【技术特征摘要】
1.一种单级隔离型三相PFC变换器，其特征在于：包括原边输入电路、变压器和副边输出电路，所述原边输入电路包括第一开关单元、第一整流单元、第二开关单元、串联谐振单元；所述第一开关单元包括三个开关组，三个所述开关组分别设置在接入的三相三线电源的三根相线上；三个所述开关组分别通过三根相线与所述第一整流单元连接；所述第一整流单元连接所述第二开关单元和彼此串接的所述串联谐振单元、所述变压器的一次侧，所述变压器的二次侧与副边输出电路连接。2.如权利要求1所述的三相PFC变换器，其特征在于：所述开关组包括第一功率开关和第二功率开关；所述第一功率开关和所述第二功率开关通过同一个驱动信号进行驱动；或，所述第一功率开关和所述第二功率开关各自通过独立的驱动信号进行驱动。3.如权利要求1所述的三相PFC变换器，其特征在于：所述副边输出电路包括第二整流单元，所述第二整流单元可为倍压整流、全波整流或全桥整流。4.如权利要求3所述的三相PFC变换器，其特征在于：所述副边输出电路还包括储能续流单元，所述储能续流单元不设置续流电感，设置滤波电容，所述滤波电容与所述第二整流单元并接；或所述储能续流单元设置至少一个续流电感和至少一个滤波电容，彼此串接的至少一个所述续流电感与至少一个所述滤波电容与所述第二整流单元连接。5.如权利要求2所述的三相PFC变换器，其特征在于：所述第一功率开关、所述第二功率开关和所述第二开关单元为MOS管或IGBT管。6.如权利要求1所述的三相PFC变换器，其特征在于：所述串联谐振单元包括至少一个谐振电感和至少一个谐振电容，所述谐振电感与所述谐振电容串联连接。7.如权利要求1所述的三相PFC变换器，其特征在于：所述原边输入电路还包括输入滤波器，所述输入滤波器设置在所述第一开关单元前端，三相三线电源经输入滤波器滤波后接入所述第一开关单元。8.一种单级隔离型三相PFC变换器，其特征在于：包括至少两个如权利要求1-7任...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伦全，周涛，郑车晓，
申请(专利权)人：深圳市保益新能电气有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44