基于三相维也纳PFC拓扑的单相电输入电路和控制方法技术

本发明专利技术提供了基于三相维也纳PFC拓扑的单相电输入电路和控制方法，通过调节三相维也纳PFC拓扑中悬空一相对应开关管的占空比，抑制双向开关中低频器件的反向恢复问题，降低了三相维也纳PFC拓扑双向开关中低频器件的反向恢复损耗，减少了三相维也纳PFC拓扑的发热，为三相维也纳PFC拓扑在单相电或直流输入时的可靠运行提供了解决方案。

【技术实现步骤摘要】
基于三相维也纳PFC拓扑的单相电输入电路和控制方法
本专利技术属于电源控制
，具体涉及基于三相维也纳PFC拓扑的单相电输入电路和控制方法。
技术介绍
随着汽车行业在新能源领域的快速发展，人们对AC\DC电源转换设备在各个充电场景可靠运行的需求越来越高，需要采用PFC(PowerFactorCorrection)即功率因数校正措施用于提高电源转换设备的转换效率和降低传导损耗；现阶段多采用维也纳(VIENNA)整流器即三相三电平三开关PFC整流器。维也纳整流器的优点是：需要的功率管器件少且电压应力仅为直流母线电压的一半，无桥臂输出电压直通问题，不需设置驱动死区时间，控制电路简单。在一些应用环境下，AC\DC电源转换设备除了满足三相电输入时正常工作的要求以外，还要满足单相电或直流输入充电的需求。参见图2，维也纳PFC拓扑的双向开关由整流桥堆或非快恢复二极管与开关管组成，其中整流桥堆或非快恢复二极管属于低频器件，开关管属于高频器件。在三相电输入时，每个桥堆的其中两个二极管与电感直接相连工作于工频状态，另外两个二极管与母线中点连接，随着开关管的动作工作于高频状态。由于工作于高频状态的两个二极管都是零电压关断，关断时电流可以自然过零，因此三相电输入时，桥堆的所有二极管都不存在因高频关断电流的反向恢复引发的热应力问题。参见图3，对维也纳PFC拓扑进行单相电或直流输入时，电路等效为在串联第一电感的第一输入支路和串联第二电感的第二输入支路之间输入单相电的等效电路模型，串联第三电感的第三输入支路悬空。为使输入电压正常工作，第一输入支路和第二输入支路各自整流桥堆中的第一开关管和第二开关管以一定的占空比开关，第三输入支路整流桥堆中的第三开关管通常保持关断状态。但在实际应用中发现，第三开关管的开关状态对第三输入支路整流桥堆的热应力有非常明显的影响：如果第三开关管一直保持关断状态，则第三开关管的等效结电容随着第一开关管和第二开关管的开关动作，在电路中形成了两条谐振回路：当第一电感的前端电压大于第二电感的前端电压时，一条谐振回路为从第一电感依次到第一开关管、第十五二极管、第三开关管的等效结电容、第十四二极管、第三电感、第二等效电容，回到第一电感；另一条谐振回路为从第三电感依次到第十三二极管、第三开关管的等效结电容、第十六二极管、第二开关管、第二电感、第三等效电容，回到第三电感。当第一电感的前端电压小于第二电感的前端电压时，一条谐振回路为从第二电感依次到第二开关管、第十五二极管、第三开关管的等效结电容、第十四二极管、第三电感、第三等效电容，回到第二电感；另一条谐振回路为从第三电感依次到第十三二极管、第三开关管的等效结电容、第十六二极管、第一开关管、第一电感、第二等效电容，回到第三电感。参见图4，由于第三开关管的等效结电容是pF级，第三电感是uF级的，因此产生的谐振频率在几百kHz；第三开关管两端的电位剧烈变化，与第三开关管的等效结电容并联的整流桥堆的电压产生高频震荡，无法对整流桥堆形成一个强力稳定的嵌位；与第三电感串联的整流桥堆的电流产生几百kHz的高频震荡；这种高频的震荡电压和电流在整流桥堆上产生反向恢复问题，导致组成整流桥堆的二极管产生动态损耗，造成二极管严重发热，成为电源转换设备的散热瓶颈。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供基于三相维也纳PFC拓扑的单相电输入电路和控制方法，在单相电或直流输入时，降低三相维也纳PFC拓扑双向开关中低频器件的反向恢复损耗，减少三相维也纳PFC拓扑的发热，提高电源转换设备工作的可靠性。本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案为：基于三相维也纳PFC拓扑的单相电输入电路，包括输入单元、三相维也纳PFC单元和控制单元；输入单元用于接入电网的交流电源；三相维也纳PFC单元包括第一电感(L1)、第二电感(L2)、第三电感(L3)、第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、第三开关管(S3)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第五二极管(D5)、第六二极管(D6)、第七二极管(D7)、第八二极管(D8)、第九二极管(D9)、第十二极管(D10)、第十一二极管(D11)、第十二二极管(D12)、第十三二极管(D13)、第十四二极管(D14)、第十五二极管(D15)、第十六二极管(D16)、第十七二极管(D17)、第十八二极管(D18)、第一母线电容(C1)和第二母线电容(C2)，第一电感(L1)、第二电感(L2)、第三电感(L3)的前端分别接至输入单元的三相交流电源输出端A相、B相、C相形成第一输入支路、第二输入支路、第三输入支路，第一电感(L1)的后端与第一二极管(D1)的阳极、第二二极管(D2)的阴极相连，第二电感(L2)的后端与第七二极管(D7)的阳极、第八二极管(D8)的阴极相连，第三电感(L3)的后端与第十三二极管(D13)的阳极、第十四二极管(D14)的阴极相连，第一二极管(D1)的阴极、第三二极管(D3)的阴极与第五二极管(D5)的阳极相连，第七二极管(D7)的阴极、第九二极管(D9)的阴极与第十一二极管(D11)的阳极相连，第十三二极管(D13)的阴极、第十五二极管(D15)的阴极与第十七二极管(D17)的阳极相连，第五二极管(D5)的阴极与第十一二极管(D11)的阴极、第十七二极管(D17)的阴极相连形成共阴极结构，并连接到第一母线电容(C1)的正端，第二二极管(D2)的阳极、第四二极管(D4)的阳极与第六二极管(D6)的阴极相连，第八二极管(D8)的阳极、第十二极管(D10)的阳极与第十二二极管(D12)的阴极相连，第十四二极管(D14)的阳极、第十六二极管(D16)的阳极与第十八二极管(D18)的阴极相连，第六二极管(D6)的阳极与第十二二极管(D12)的阳极、第十八二极管(D18)的阳极相连形成共阳极结构，并连接到第二母线电容(C2)的负端，第三二极管(D3)的阳极、第四二极管(D4)的阴极、第九二极管(D9)的阳极、第十二极管(D10)的阴极、第十五二极管(D15)的阳极、第十六二极管(D16)的阴极、第一母线电容(C1)的负端、第二母线电容(C2)的正端连接于交流电源的中点O点，第一开关管(S1)的源极和漏极分别与第五二极管(D5)的阳极和第六二极管(D6)的阴极连接，第二开关管(S2)的源极和漏极分别与第十一二极管(D11)的阳极和第十二二极管(D12)的阴极连接，第三开关管(S3)的源极和漏极分别与第十七二极管(D17)的阳极和第十八二极管(D18)的阴极连接；控制单元的三个信号输出端分别与第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、第三开关管(S3)的栅极连接，用于分别向第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、第三开关管(S3)的栅极加载PWM脉冲信号。所述控制单元可以是DSP或ARM控制单元，例如基于型号是TI的TMS320F2803X的DSP的控制单元。按上述方案，还包括温度传感器单元，温度传感器单元包括至少三个分别紧贴在第一输入支路、第二输入支路、第三输入支路的电路上的温度传感器，三个温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于三相维也纳PFC拓扑的单相电输入电路，其特征在于：包括输入单元、三相维也纳PFC单元和控制单元；/n输入单元用于接入电网的交流电源；/n三相维也纳PFC单元包括第一电感(L1)、第二电感(L2)、第三电感(L3)、第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、第三开关管(S3)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第五二极管(D5)、第六二极管(D6)、第七二极管(D7)、第八二极管(D8)、第九二极管(D9)、第十二极管(D10)、第十一二极管(D11)、第十二二极管(D12)、第十三二极管(D13)、第十四二极管(D14)、第十五二极管(D15)、第十六二极管(D16)、第十七二极管(D17)、第十八二极管(D18)、第一母线电容(C1)和第二母线电容(C2)，/n所述第一电感(L1)、第二电感(L2)、第三电感(L3)的前端分别接至输入单元的三相交流电源输出端A相、B相、C相形成第一输入支路、第二输入支路、第三输入支路，/n第一电感(L1)的后端与第一二极管(D1)的阳极、第二二极管(D2)的阴极相连，/n第二电感(L2)的后端与第七二极管(D7)的阳极、第八二极管(D8)的阴极相连，/n第三电感(L3)的后端与第十三二极管(D13)的阳极、第十四二极管(D14)的阴极相连，/n第一二极管(D1)的阴极、第三二极管(D3)的阴极与第五二极管(D5)的阳极相连，/n第七二极管(D7)的阴极、第九二极管(D9)的阴极与第十一二极管(D11)的阳极相连，/n第十三二极管(D13)的阴极、第十五二极管(D15)的阴极与第十七二极管(D17)的阳极相连，/n第五二极管(D5)的阴极与第十一二极管(D11)的阴极、第十七二极管(D17)的阴极相连形成共阴极结构，并连接到第一母线电容(C1)的正端，/n第二二极管(D2)的阳极、第四二极管(D4)的阳极与第六二极管(D6)的阴极相连，/n第八二极管(D8)的阳极、第十二极管(D10)的阳极与第十二二极管(D12)的阴极相连，/n第十四二极管(D14)的阳极、第十六二极管(D16)的阳极与第十八二极管(D18)的阴极相连，/n第六二极管(D6)的阳极与第十二二极管(D12)的阳极、第十八二极管(D18)的阳极相连形成共阳极结构，并连接到第二母线电容(C2)的负端，/n第三二极管(D3)的阳极、第四二极管(D4)的阴极、第九二极管(D9)的阳极、第十二极管(D10)的阴极、第十五二极管(D15)的阳极、第十六二极管(D16)的阴极、第一母线电容(C1)的负端、第二母线电容(C2)的正端连接于交流电源的中点O点，/n第一开关管(S1)的源极和漏极分别与第五二极管(D5)的阳极和第六二极管(D6)的阴极连接，/n第二开关管(S2)的源极和漏极分别与第十一二极管(D11)的阳极和第十二二极管(D12)的阴极连接，/n第三开关管(S3)的源极和漏极分别与第十七二极管(D17)的阳极和第十八二极管(D18)的阴极连接；/n控制单元的三个信号输出端分别与第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、第三开关管(S3)的栅极连接，用于分别向第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、第三开关管(S3)的栅极加载PWM脉冲信号。/n...

【技术特征摘要】
1.基于三相维也纳PFC拓扑的单相电输入电路，其特征在于：包括输入单元、三相维也纳PFC单元和控制单元；
输入单元用于接入电网的交流电源；
三相维也纳PFC单元包括第一电感(L1)、第二电感(L2)、第三电感(L3)、第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、第三开关管(S3)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第五二极管(D5)、第六二极管(D6)、第七二极管(D7)、第八二极管(D8)、第九二极管(D9)、第十二极管(D10)、第十一二极管(D11)、第十二二极管(D12)、第十三二极管(D13)、第十四二极管(D14)、第十五二极管(D15)、第十六二极管(D16)、第十七二极管(D17)、第十八二极管(D18)、第一母线电容(C1)和第二母线电容(C2)，
所述第一电感(L1)、第二电感(L2)、第三电感(L3)的前端分别接至输入单元的三相交流电源输出端A相、B相、C相形成第一输入支路、第二输入支路、第三输入支路，
第一电感(L1)的后端与第一二极管(D1)的阳极、第二二极管(D2)的阴极相连，
第二电感(L2)的后端与第七二极管(D7)的阳极、第八二极管(D8)的阴极相连，
第三电感(L3)的后端与第十三二极管(D13)的阳极、第十四二极管(D14)的阴极相连，
第一二极管(D1)的阴极、第三二极管(D3)的阴极与第五二极管(D5)的阳极相连，
第七二极管(D7)的阴极、第九二极管(D9)的阴极与第十一二极管(D11)的阳极相连，
第十三二极管(D13)的阴极、第十五二极管(D15)的阴极与第十七二极管(D17)的阳极相连，
第五二极管(D5)的阴极与第十一二极管(D11)的阴极、第十七二极管(D17)的阴极相连形成共阴极结构，并连接到第一母线电容(C1)的正端，
第二二极管(D2)的阳极、第四二极管(D4)的阳极与第六二极管(D6)的阴极相连，
第八二极管(D8)的阳极、第十二极管(D10)的阳极与第十二二极管(D12)的阴极相连，
第十四二极管(D14)的阳极、第十六二极管(D16)的阳极与第十八二极管(D18)的阴极相连，
第六二极管(D6)的阳极与第十二二极管(D12)的阳极、第十八二极管(D18)的阳极相连形成共阳极结构，并连接到第二母线电容(C2)的负端，
第三二极管(D3)的阳极、第四二极管(D4)的阴极、第九二极管(D9)的阳极、第十二极管(D10)的阴极、第十五二极管(D15)的阳极、第十六二极管(D16)的阴极、第一母线电容(C1)的负端、第二母线电容(C2)的正端连接于交流电源的中点O点，
第一开关管(S1)的源极和漏极分别与第五二极管(D5)的阳极和第六二极管(D6)的阴极连接，
第二开关管(S2)的源极和漏极分别与第十一二极管(D11)的阳极和第十二二极管(D12)的阴极连接，
第三开关管(S3)的源极和漏极分别与第十七二极管(D17)的阳极和第十八二极管(D18)的阴极连接；
控制单元的三个信号输出端分别与第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、第三开关管(S3)的栅极连接，用于分别向第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、第三开关管(S3)的栅极加载PWM脉冲信号。


2.根据权利要求1所述的基于三相维也纳PFC拓扑的单相电输入电路，其特征在于：还包括温度传感器单元，温度传感器单元包括至少三个分别紧贴在第一输入支路、第二输入支路、第三输入支路的电路上的温度传感器，三个温度传感器的信号输出端分别连接到控制单元的三个信号输入端，用于探测第一输入支路、第二输入支路、第三输入支路的电路温度，并将数据上传到控制单元。


3.根据权利要求1所述的基于三相维也纳PFC拓扑的单相电输入电路，其特征在于：第一二极管(D1)的阳极与第二二极管(D2)的阴极的连接点与第一电感(L1)的后端之间还串联有第一电阻(R1)，第七二极管(D7)的阳极与第八二极管(D8)的阴极的连接点与第二电感(L2)的后端之间还串联有第二电阻(R2)，第十三二极管(D13)的阳极与第十四二极管(D14)的阴极的连接点与第三电感(L3)的后端之间还串联有第三电阻(R3)，用于对输入电流限流。


4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：高翔，张凯旋，付加友，李晨光，朱建国，
申请(专利权)人：深圳市永联科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44