一种三相交直流变换器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种三相交直流变换器及其控制方法，其中的三相交直流变换器包括输入开关管组、整流开关单元和储能续流单元；所述输入开关管组的输入端与外接的三相三线电源连接，所述输入开关管组的输出端与所述整流开关单元的输入端连接，所述整流开关单元的输出端与所述储能续流单元连接。本发明专利技术结构简洁，控制方法也较为精简，因此在中小功率应用需要高效率及高功率密度的场合，优势十分明显。

【技术实现步骤摘要】
一种三相交直流变换器及其控制方法
本专利技术涉及电力电子领域，特别是涉及一种三相交直流变换器及其控制方法。
技术介绍
随着单体用电设备功率越来越大，原来大多采用单相供电的方式逐步更改采用三相供电，比如早期的电动汽车充电器仅为3.3KW，后来逐步提升到6.6KW，10KW甚至更高等，如果没有功率因数矫正(PFC)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。长期以来，对于三相交流输入的交直流变换电路，如果需要PFC(功率因素校正)功能，则通常以三电平升压型为主，如图1所示的为三电平结构就是较为常见的一种，两电容中点电位与电网中点的电位基本相同，通过双向开关分别控制对应相的电流。开关合上的对应相的电流幅度值增大，开关断开时对应桥臂上的二极管导通电路，在输出电压的的作用下Boost电感上的电流减小，从而实现对电流的控制。但Boost升压型输出电压较高，未能保证PF(功率因素)值及THDI(电流谐波畸变总数)指标较好，如输入标称三相三线380VAC的，输出一般都在720V左右，甚至在800V，而常规的性能较好的功率管在650V以下，近年来有出现电压稍高的1200V左右的SIC等新型开关器件，但成本高昂；同时因为前端的电压较高，后端的直流变换器局限于功率器件的有限性，要兼顾效率及其他因素，处理起来较为麻烦。因此，我们需要寻求另外一种既能满足电能质量并且整流后电压低的PFC电路，即是降压式PFC。如图2所示，是一种新型的降压PFC，其专利技术者号称并声称相比图三的Swiss整流器及6开关管降压型PFC相比改进了电路复杂度，同时节省了成本，并可以提高效率和满足更高功率密度之应用，甚至对EMI改进也有好处。但仔细分析，其除可以实现开关组驱动电源的共用外，从电路结构的原理来分析并未实现效率提升，同时输出电压电位中点位等效在其续流控制模式时并不一定可以实现或者引发新的问题。
技术实现思路
本专利技术目的在于提出一种三相交直流变换器及其控制方法，以解决上述现有技术存在的结构复杂导致的不适宜在体积有限或者成本要求相对较高的场所进行应用的技术问题。为此，本专利技术的第一方面，提出一种三相交直流变换器，包括输入开关管组、整流开关单元和储能续流单元；所述输入开关管组的输入端与外接的三相三线电源连接，所述输入开关管组的输出端与所述整流开关单元的输入端连接，所述整流开关单元的输出端与所述储能续流单元连接。本专利技术的第二方面，提出一种包括至少两个上述三相交直流变换器的三相交直流变换器，各个所述三相交直流变换器并联，并且各个所述三相交直流变换器的工作相位构成公差为1/N个高频周期的等差数列，其中，N为并联的三相交流变换器的总数。本专利技术的第三方面，提出了一种用于本专利技术的第一方面所提出的三相交直流变换器的控制方法，包括以下步骤：根据输入的三相三线电源电压信号的锁相分析各相电源当前时刻所处的相位和区间段；根据所述相位分析出各个所述区间段中各相电源的电压的幅值绝对值大小；对当前区间段下的整流开关单元施加驱动信号进行PWM驱动控制使其中的两相导通；将导通的两相中幅值绝对值较低的一相通路关断，然后关断输入开关管组和整流开关单元的驱动信号，再通过储能续流单元进行续流，从而在每个开关周期内使各相电流导通。本专利技术的第四方面，提出一种针对本专利技术的第二方面所提出的三相交直流变换器的控制方法，通过本专利技术的第三方面所提出的控制方法分别对至少两个并联连接的三相交直流变换器进行控制。本专利技术与现有技术对比的有益效果包括：从结构上，本专利技术克服了传统的升压型三相交直流变换电路后端高压的弊端，使得后端的直流变换器功率器件的的受限性降低，可选余地更大，同时本专利技术提出的降压型交直流变换电路，也改变了传统降压式的实现形式，具有更为简单的拓扑结构，相比6开关管整流器可以节省驱动电路(包含供电)，相比Swiss整流器除可以节省驱动电路(包含供电)外，还可以节省很多功率器件，相比图二所示的PFC电路效率更高，输出电容的相对电位更加稳定，从而或者更好的EMI性能。因此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，优势十分明显；从功能上，该拓扑结构结合控制方法能有效保证的各相电路的电流导通因此具有较好的功率因素，同时因为，设置了续流二极管D7以及对称电感(第一续流电感L1和第二续流电感L2)，结合滤波电容，在开通的时候输出侧通过两个电感与交流侧隔离，续流时通过与输入交流没有导通连接关系的续流二极管D7连接形成回路，使输出侧的虚拟相对电位更稳定，有利于提高非隔离型的变换器的EMI性能。从控制上，由于结构上的简化，功率元器件的减少及开关驱动电位的统一，进而降低了控制的难度，从PFC功能的开关操作来看，通过对每相的开关管施加有规律或者逻辑的组合PWM驱动信号，简化控制方法。同时利用对各相回路导通时间的调整来改变并联电路间的正负电流回路阻抗，从而避免交叉环流。所以本专利技术在高功率密度场合，优势十分明显，如10KW以下的三相PFC。附图说明图1是现有的升压式PFC电路结构示意图；图2是现有的降压PFC电路示意图；图3是现有的Swiss整流器电路示意图；图4是本专利技术实施例1的非隔离型三相PFC变换器的示意图；图5是本专利技术实施例1的三相电压波形示意及交汇点定义示意图；图6是本专利技术实施例1的AC-BC区间AB向导通回路示意图；图7是本专利技术实施例1的AC-O区间BC相续流回路示意图；图8是本专利技术实施例1的O-BC区间AC相续流回路示意图；图9是本专利技术实施例1的AC-BC区间电感电流续流回路示意图；图10是图2电路的在续流时候的相对电位连接示意图；图11是图2电路的输出边相对电位变化示意图；图12是本专利技术实施例1的等效变换示意图；图13是本专利技术实施例1的电位等效变换波形示意图；图14是本专利技术实施例1三相交流周期内各开关组驱动波形关系示意；图15是本专利技术实施例1的变形实施例2的结构示意图；图16是本专利技术实施例2的电流示意图；图17是本专利技术实施例1的等效变换示意1；图18是本专利技术实施例1的等效变换示意2；图19是本专利技术实施例1的等效变换示意3；图20是本专利技术实施例1的等效变换示意4。具体实施方式下面结合具体实施方式并对照附图对本专利技术作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。参照以下附图，将描述非限制性和非排他性的实施例，其中相同的附图标记表示相同的部件，除非另外特别说明。实施例1：如图4所示，本实施例提出了一种三相交直流变换器，输入开关管组、整流开关单元和储能续流单元；所述输入开关管组的输入端与外接的三相三线电源连接，所述输入开关管组的输出端与所述整流开关单元的输入端连接，所述整流开关单元的输出端与所述储能续流单元连接。输入开关管组包括三个开关管Q1～Q3，三个开关管Q1～Q3分别设置在接入的三相三线电源的三根相线上(或者通过输入滤波器连接)；三个开关管Q1～Q3分别与整流开关单元连接；开关管Q1～Q3的源极分别连接三相交流输入端(或者输入滤波器端)，开关管Q1～Q3的漏极分别连接整流开关单元的三个输入端。整流开关单元为在三相不控二极管整流桥的下端加入开关管的单元，具体连接为第一二极管D1的阴极与第二二极管D2阴极及第三二极管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三相交直流变换器，其特征在于，包括输入开关管组、整流开关单元和储能续流单元；所述输入开关管组的输入端与外接的三相三线电源连接，所述输入开关管组的输出端与所述整流开关单元的输入端连接，所述整流开关单元的输出端与所述储能续流单元的两端连接。

【技术特征摘要】
1.一种三相交直流变换器，其特征在于，包括输入开关管组、整流开关单元和储能续流单元；所述输入开关管组的输入端与外接的三相三线电源连接，所述输入开关管组的输出端与所述整流开关单元的输入端连接，所述整流开关单元的输出端与所述储能续流单元的两端连接。2.如权利要求1所述三相交直流变换器，其特征在于，所述输入开关管组包括第一至第三开关管，所述整流开关单元包括第一至第六二极管、第四至第六开关管，所述储能续流单元包括第七二极管，第一至第二续流电感和滤波电容；所述第一至第三开关管的源极分别连接三相交流输入端，第一至第三开关管的漏极分别连接整流开关单元的三个输入端，第一二极管的阴极与第二二极管阴极及第三二极管的阴极连接，同时也与第七二极管的阴极及第一续流电感的一端连接，第四二极管的阳极与第五二极管阳极及第六二极管的阳极连接，同时也与第七二极管的阳极及第二续流电感的一端连接，第四开关管的源极连接第四二极管的阴极，第五开关管的源极连接第五二极管的阴极，第六开关管的源极连接第六二极管的阴极，第四开关管的漏极连接第一二极管的阳极及第一开关管的漏极，第五开关管的源极连接第二二极管的阳极及第二开关管的漏极，第六开关管的源极连接第三二极管的阳极及第三开关管的漏极，第一续流电感的另外一端连接滤波电容的一端，第二续流电感的另外一端连接滤波电容的另外一端。3.如权利要求2所述的三相交直流变换器，其特征在于，所述第一至第六开关管通过同一个驱动信号进行驱动，或各自通过独立的驱动信号进行驱动。4.如权利要求2所述的三相交直流变换器，其特征在于，所述第一至第六开关管为高频驱动信号控制开通与关断的半导体器件，并均具有反并二极管，所述反并二极管为集成二极管、寄生二极管、或者外加二极管。5.如权利要求1所述的三相交直流变换器，其特征在于，所述三相三线电源的两相间的输出电压的幅值范围最高为三相相电压的倍。6.如权利要求1所述的三相交直流变换器，其特征在于，还包括输入滤波器，所述三相三线电源经所述输入滤波器滤波后接入所述输入开关管组。7.一种三相交直流变换器，其特征在于，包括至少两个如权利要求1-6任一所述的三相交直流变换器，各个三相交直流变换器并联，并且各个所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘斌，李伦武，李玲，
申请(专利权)人：深圳市高益智能电气有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44