高功率密度三相PFC电源模块制造技术

本发明专利技术公开了一种高功率密度三相PFC电源模块。它包括主功率电路、输入电压采样电路、输出电压采样电路、输出电流采样电路、输出过压保护电路、输出过流保护电路、信号传递电路、数字控制电路、驱动电路、隔离通信电路和辅助电源电路。本发明专利技术在现有的三相PFC电源产品基础上，进一步提高了产品功率密度和可靠性，解决了三相电流平衡度差、输出电压高、THD大、PF值低、可靠性差、对电网的适应性差、输出电压稳定范围较窄等技术问题，并实现了多只模块并联输出的功能，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
高功率密度三相PFC电源模块
本专利技术涉及电源领域的功率因素校正（简称PFC）技术，尤其涉及一种高功率密度三相PFC电源模块。
技术介绍
随着电力电子装置的广泛使用，特别是许多低功率因数的电力电子装置的使用，电网中产生的大量谐波，对供电质量、电网损耗都存在一定的影响，严重时会造成设备异常甚至损坏。将功率因数校正PFC技术应用到电力电子设备中，能有效降低谐波对电网的影响、提高设备的效率。单相PFC技术已日趋成熟，而三相PFC技术因其各相电压电流之间的互耦特性以及硬件控制芯片稀缺，研究三相PFC电源主电路拓扑和控制技术，抑制谐波污染，提高电力电子装置的功率因数正成为电源领域的一项重大研究课题。目前，三相PFC电源常用电路拓扑主要包括三个单相PFC合成（如图1所示）、三相单开关PFC（如图2所示）、三相双开关两电平PFC（如图3所示）、三相三开关三电平PFC（如图4所示）、三相四开关PFC（如图5所示）、三相六开关升压PFC（如图6所示）、三相六开关降压PFC（如图7所示）等7种电路。三个单相PFC合成电路存在的缺点：器件数量多、控制复杂、三相电流平衡度差、且其输出电压高、THD一般大于10%、产品体积大功率密度小；三相单开关PFC电路存在的缺点：这是最典型的不解耦三相PFC电路，由于该拓扑工作在DCM模式下，因此会产生很大的电流纹波，EMI噪声较大，对EMI滤波器要求较高，THD依然较大；开关管需要承受比较大的电压和电流应力，对器件要求较高；电路在轻载时电流的畸变波形比较严重，无法在整个负载范围内实现单位功率因数校正，虽然提高输出电压可以改善PFC性能，但对于电路器件的要求变高；三相双开关两电平PFC电路存在的缺点：虽然三个输入电容的Y型接法也能够有效的降低低次电流谐波，缩短电感电流平均值与输入电压瞬时值的非线性阶段，降低输入电流的THD，但是由于电路仍然工作在DCM模式下，THD依然较大，且其输出电压依然较高；三相三开关三电平PFC电路存在的缺点：这就是VIENNA拓扑，但器件数量多、控制复杂、THD依然较大，要改善THD，必须选取较大的电感量，从而导致产品体积大功率密度小；三相四开关PFC电路存在的缺点：虽然该电路的半个桥臂使用整流二极管，另外半个桥臂由开关管组成，不会发生直通短路现象，但是由于电流的正负半波不对称，其含有一定的偶次谐波，THD依然较大，且其输出电压依然较高；三相六开关升压PFC电路存在的缺点：虽然该电路具有功率因数高，能量可以双向传递，输入电流的THD小，效率高等特点，但是也存在输出电压高、各桥臂的上下开关管会发生直通现象的问题，而且在三相不对称输入条件下PF值和THD会受到严重影响、动态性能指标差；三相六开关降压PFC电路存在的缺点：虽然该电路的输出电压可以控制在一个较低的状态，但其输出电压稳定范围较窄，而且输入电流是非连续的，PF值和THD等关键技术指标都比较差。综上所述，现有三相PFC电源产品分别存在三相电流平衡度差、输出电压高、THD大、PF值低、可靠性差、对电网的适应性差、输出电压稳定范围较窄、产品体积大功率密度小等技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高功率密度三相PFC电源模块，提高了产品功率密度和可靠性，解决了三相电流平衡度差、输出电压高、THD大、PF值低、可靠性差、对电网的适应性差、输出电压稳定范围较窄等技术问题，并实现了多只模块并联输出的功能。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：高功率密度三相PFC电源模块，其特征在于，包括：主功率电路、输入电压采样电路、输出电压采样电路、输出电流采样电路、信号传递电路、数字控制电路、驱动电路和隔离通信电路；所述隔离通信电路、驱动电路、信号传递电路和输入电压采样电路分别与数字控制电路连接；所述输入电压采样电路、驱动电路、输出电流采样电路、输出电压采样电路分别与主功率电路连接；所述输出电流采样电路、输出电压采样电路分别与信号传递电路连接；所述主功率电路包括输入端口、输入滤波器、BUCK降压电路、中间滤波器、BOOST升压电路、输出滤波器和输出端口，输入端口的一端与外部三相供电系统连接，输入端口的另一端分别与输入滤波器的输入端、输入电压采样电路的输入端连接，输入滤波器的输出端与BUCK降压电路的输入端连接，BUCK降压电路的输出端经过所述中间滤波器后连接所述BOOST升压电路的输入端，BOOST升压电路的输出端与输出滤波器的输入端连接，输出滤波器的输出端与输出端口连接。作为一种优选，所述BUCK降压电路为三相六开关双电感整流电路，包括第一至第六开关管（Q100-Q105）、第一至第六二极管（D100-D105）、第一电感（L103）、第二电感（L104），所述第一至第六开开关管构成三相桥式电路，各相桥臂的中点分别为所BUCK降压电路的A、B、C三相各相输入端，所述第一至第六二极管（D100-D105）分别与所述第一至第六开关管（Q100-Q105）串联，所述第一至第六二极管的导通方向分别与所述第一至第六开关管处于导通状态时的导通方向相同，所述三相桥式电路正输出端电连接到所述第一电感（L103）第一端连接，所述第一电感（L103）第二端作为所述BUCK降压电路的正输出端（M），所述三相桥式电路负输出端与所述第二电感（L104）第一端连接，所述第二电感（L104）第二端为所述BUCK降压电路的负输出端；所述BOOST升压电路为双管双电感交错开关整流电路，包括第七开关管（Q106）、第八开关管（Q107）、第三电感（L105）、第四电感（L106）、第七二极管（D106）、第八二极管（D107）、第九二极管（D108）、第十二极管（D109），所述BOOST升压电路的正输入端（M）电连接所述第三电感（L105）第一端、所述第七二极管（D106）正端、所述第四电感（L106）第一端、所述第八二极管（D107）正端，所述第三电感（L105）第二端连接所述第九二极管（D108）正端和所述第七开关管（Q106）导通电流流入端，所述第九二极管（D108）负端连接所述第七二极管（D106）负端、第八二极管（D107）负端和第十二极管（D109）负端，并作为所述BOOST升压电路的正输出端（BOOST_BR），所述第四电感（L106）第二端连接所述第十二极管（D109）正端和所述第八开关管（Q107）导通电流流入端，所述BOOST升压电路的负输入端（GND_0）连接所述第七开关管（Q106）导通电流流出端、第八开关管（Q107）导通电流流出端，并作为所述BOOST升压电路负输出端。作为一种优选，所述输入电压采样电路包括三路相同的交流电压采样电路，所述输入电压采样电路的输入端分别连接所述输入端口的A相（LINE_A）、B相（LINE_B）、C相（LINE_B），所述输入电压采样电路的输出端与所述数字控制电路的三相电压信号输入端（V_A、V_B、V_C）连接；所述输出电压采样电路包括BUCK输出电压采样电路和BOOST输出电压采样电路；所述BUCK输出电压采样电路的输入端与所述BUCK降压电路的正输出端（M）连接，所述BUCK输出电压采样电路的输出端（V_BUCK）与信号传递电路的BUCK电压信号输入端连接；所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
高功率密度三相PFC电源模块，其特征在于，包括：主功率电路、输入电压采样电路、输出电压采样电路、输出电流采样电路、信号传递电路、数字控制电路、驱动电路和隔离通信电路；所述隔离通信电路、驱动电路、信号传递电路和输入电压采样电路分别与数字控制电路连接；所述输入电压采样电路、驱动电路、输出电流采样电路、输出电压采样电路分别与主功率电路连接；所述输出电流采样电路、输出电压采样电路分别与信号传递电路连接；所述主功率电路包括输入端口、输入滤波器、BUCK降压电路、中间滤波器、BOOST升压电路、输出滤波器和输出端口，输入端口的一端与外部三相供电系统连接，输入端口的另一端分别与输入滤波器的输入端、输入电压采样电路的输入端连接，输入滤波器的输出端与BUCK降压电路的输入端连接，BUCK降压电路的输出端经过所述中间滤波器后连接所述BOOST升压电路的输入端，BOOST升压电路的输出端与输出滤波器的输入端连接，输出滤波器的输出端与输出端口连接。

【技术特征摘要】
1.高功率密度三相PFC电源模块，其特征在于，包括：主功率电路、输入电压采样电路、输出电压采样电路、输出电流采样电路、信号传递电路、数字控制电路、驱动电路和隔离通信电路；所述隔离通信电路、驱动电路、信号传递电路和输入电压采样电路分别与数字控制电路连接；所述输入电压采样电路、驱动电路、输出电流采样电路、输出电压采样电路分别与主功率电路连接；所述输出电流采样电路、输出电压采样电路分别与信号传递电路连接；所述主功率电路包括输入端口、输入滤波器、BUCK降压电路、中间滤波器、BOOST升压电路、输出滤波器和输出端口，输入端口的一端与外部三相供电系统连接，输入端口的另一端分别与输入滤波器的输入端、输入电压采样电路的输入端连接，输入滤波器的输出端与BUCK降压电路的输入端连接，BUCK降压电路的输出端经过所述中间滤波器后连接所述BOOST升压电路的输入端，BOOST升压电路的输出端与输出滤波器的输入端连接，输出滤波器的输出端与输出端口连接。2.根据权利要求1所述的高功率密度三相PFC电源模块，其特征在于：所述BUCK降压电路为三相六开关双电感整流电路，包括第一至第六开关管（Q100-Q105）、第一至第六二极管（D100-D105）、第一电感（L103）、第二电感（L104），所述第一至第六开开关管构成三相桥式电路，各相桥臂的中点分别为所BUCK降压电路的A、B、C三相各相输入端，所述第一至第六二极管（D100-D105）分别与所述第一至第六开关管（Q100-Q105）串联，所述第一至第六二极管的导通方向分别与所述第一至第六开关管处于导通状态时的导通方向相同，所述三相桥式电路正输出端电连接到所述第一电感（L103）第一端连接，所述第一电感（L103）第二端作为所述BUCK降压电路的正输出端（M），所述三相桥式电路负输出端与所述第二电感（L104）第一端连接，所述第二电感（L104）第二端为所述BUCK降压电路的负输出端；所述BOOST升压电路为双管双电感交错开关整流电路，包括第七开关管（Q106）、第八开关管（Q107）、第三电感（L105）、第四电感（L106）、第七二极管（D106）、第八二极管（D107）、第九二极管（D108）、第十二极管（D109），所述BOOST升压电路的正输入端（M）电连接所述第三电感（L105）第一端、所述第七二极管（D106）正端、所述第四电感（L106）第一端、所述第八二极管（D107）正端，所述第三电感（L105）第二端连接所述第九二极管（D108）正端和所述第七开关管（Q106）导通电流流入端，所述第九二极管（D108）负端连接所述第七二极管（D106）负端、第八二极管（D107）负端和第十二极管（D109）负端，并作为所述BOOST升压电路的正输出端（BOOST_BR），所述第四电感（L106）第二端连接所述第十二极管（D109）正端和所述第八开关管（Q107）导通电流流入端，所述BOOST升压电路的负输入端（GND_0）连接所述第七开关管（Q106）导通电流流出端、第八开关管（Q107）导通电流流出端，并作为所述BOOST升压电路负输出端。3.根据权利要求2所述的高功率密度三相PFC电源模块，其特征在于：所述输入电压采样电路包括三路相同的交流电压采样电路，所述输入电压采样电路的输入端分别连接所述输入端口的A相（LINE_A）、B相（LINE_B）、C相（LINE_B），所述输入电压采样电路的输出端与所述数字控制电路的三相电压信号输入端（V_A、V_B、V_C）连接；所述输出电压采样电路包括BUCK输出电压采样电路和BOOST输出电压采样电路；所述BUCK输出电压采样电路的输入端与所述BUCK降压电路的正输出端（M）连接，所述BUCK输出电压采样电路的输出端（V_BUCK）与信号传递电路的BUCK电压信号输入端连接；所述BOOST输出电压采样电路的输入端与BOOST升压电路的正输出端（BOOST_BR）连接，BOOST输出电压采样电路的输出端（V_BOOST）与信号传递电路的BOOST电压信号输入端连接；所述输出电流采样电路包括BUCK输出电流采样电路和BOOST输出电流采样电路；所述主功率电路还包括第一电阻（R109），所述第一电阻（R109）与所述第二电感（L104）串联于其所在的支路上，所述BUCK输出电流采样电路采集所述第一电阻（R109）上流过的电流,所述BUCK输出电流采样电路的输出端（I_BUCK）与信号传递电路的BUCK电流信号输入端连接；所述主功率电路还包括第二电阻（R112）、第三电阻（R113），所述第二电阻（R112）与所述第三电感（L105）串联于其所在的支路上，所述第三电阻（R113）与所述第四电感（L106）串联于其所在的支路上，所述BOOST输出电流采样电路采集所述第二电阻（R112）、第三电阻（R113）上流过的电流，所述BOOST输出电流采样电路的输出端（I_BOOST）与信号传递电路的BOOST电流信号输入端连接。4.根据权利要求3所述的高功率密度三相PFC电源模块，其特征在于：所述信号传递电路包括模拟信号传递电路，所述模拟信号传递电路包括所述BUCK电压信号输入端、所述BUCK电流信号输...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈安清，陈勇，于海坤，杨定轶，
申请(专利权)人：四川升华电源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51