三相单开关功率因数校正升压变换器制造技术

本发明专利技术公开一种三相单开关功率因数校正升压变换器，包括三相输入端、输出端、三相整流电路、脉宽调制电路和电压环、电流环，所述电流环的正相输入端接电压环的输出，反相输入端接电流采样电路的输出端，电流环的输出端则接于脉宽调制电路的正相输入端。只要保证电路参数满足一定条件，即可大大提高满足ＩＥＣ１０００－３－２Ａ级谐波标准的输入功率范围。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种带有功率因数校正电路的三相单开关整流变换器，特别是采用不连续模式(DCM)的升压(Boost)变换器，其通称为三相单开关DCM Boost变换器。三相单开关DCM Boost变换器是一种近似的功率因数校正电路(PFC)。与其它三相PFC电路比较，它具有结构简单、控制方便、Boost二级管无反向恢复问题等优点。采用传统定频定占空比的这种PFC电路，满足IEC-1000-3-2A级谐波标准的最大输入功率大约是5kW。因而对于更大输入功率的通信电源模块，为既能保持这种PFC电路结构简单的优点，又能达到IEC-1000-3-2 A级谐波标准，最佳的途径就是修改控制策略，调制占空比函数。近几年，已有一些改进的定频控制方案相继被提出，它们可以分为两大类第一类是通过高次谐波注入来调制控制占空比典型的控制技术是6次谐波注入控制；6n次谐波注入控制和峰值电流注入控制等；第二类是一种平均电流控制技术。采用这些改进的控制策略后，能大大减小5次、7次等谐波含量，从而保证了在主电路结构不变的情况下，增加满足IEC-1000-3-2标准的最大输入功率。尽管这些控制策略都能有效地实现电流谐波含量的减小，但各有缺点。其中第一类中的前两种要用复杂的检测电路来产生谐波注入信号；后一种虽有非常简单的检测电路，但仍与前两种一样，大信号的稳定性较差。而第二类则是推广单相CCM平均电流PFC控制技术，它的检测电路和控制非常复杂。现有技术还提出过一种采用Current-Clamped(电流箝位)控制的CCM单相Boost PFC电路，它采用传统的平均电流型控制和峰值电流型控制两种技术，相当简单地实现了1KW以内的满足IEC 1000-3-2 A级谐波标准的单相高功率因数校正要求。但仅在1KW以内满足要求显然是不够的。本专利技术的目的就是为了解决以上问题，提供一种三相单开关功率因数校正升压变换器，既能改善输入电流谐波，使之在较大功率的应用场合仍能满足IEC-1000-3-2标准，又使电路更加简单。本专利技术实现上述目的的方案是一种三相单开关功率因数校正升压变换器，包括三相输入端、输出端、三相整流电路、脉宽调制电路和电压环，所述三相输入端分别接三相交流电源，输出端的输出为直流电，在整流电路的输出端两端跨接一个电子开关，该电子开关的控制端和脉宽调制电路的输出端相连，该脉宽调制电路PWM的反相输入端与外部输入三角波信号相连；其特征是还包括电流环，所述电流环的正相输入端接电压环的输出，反相输入端接电流采样电路的输出端，电流环的输出端则接于脉宽调制电路的正相输入端。由于采用了以上的方案，将平均电流箝位控制技术推广应用于三相单开关DCM Boost电路并经过修改和综合，保留了该电路高功率因数校正低谐波的特点，提高了功率范围。在这种方案中，电压环(带宽远低于网频，一般＜10Hz)的输出是电流内环(快环，一般＞1/10fs，fs为开关频率)的基准。控制的结果是强制整流桥直流侧的电流变为直流，从而可使各相电感电流在半周期内都有60度的时间(对应于相电压60度-120度的间隔)为直流，总的相电流近似为梯形波，故可增加满足IEC-1000-3-2A谐波标准的最大功率。实验也证明了这一点。另一方面，与其他处理方式相比，电路又大大简化了。附图说明图1是现有技术中采用定频控制的三相单开关DCM Boost变换器的原理示意图。图2是现有技术一种改进型三相单开关DCM BOOST PFC电路示意图。图3是现有技术另一种改进型三相单开关DCM BOOST PFC电路示意图。图4(a)是本专利技术提出的改进型单相DCM BOOST PFC电路示意图之一。图4(b)是本专利技术提出的改进型单相DCM BOOST PFC电路示意图之二。图5是图1 PFC输入相电流的示意图(M＝1.4)。图6是图3 PFC输入相电流的示意图(M＝1.4)。图7是图4 PFC输入相电流的示意图(M＝1.4)示意图。下面通过具体的实施例并结合附图对本专利技术作进一步详细的描述。本专利技术是通过检测三相单开关DCM Boost变换器直流侧的电流信号，与电压环(外环)的输出构成一个电流环(内环)放大器，电流环的输出再与外部载波信号比较产生所需的开关占空比，以实现高质量的输入电流波形，提高满足IEC 1000-3-2A级谐波标准的输入功率范围。专利技术的电路控制结构与传统的平均电流型控制技术相似，故在这里叫做平均电流控制方案。但这种控制在三相单开关DCM BOOST变换器中的实现尚属首次。图1是现有技术中采用定频控制的三相单开关DCM Boost变换器框图，它是一个传统的电压型控制，如设计电压环的带宽远远低于电网的频率(一般＜10Hz)，则开关占空比在整流后的电网周期内(300Hz)可看成常数，这种最简单的三相PFC技术可满足IEC-1000-3-2A谐波标准的最大功率是5KW。图2是现有技术中的一种改进型三相PFC框图，它通过在电压环的输出迭加一个输入线电压的6次或6n次谐波信号以调制开关占空比，使之在电网周期内不为常数——调制的作用是在相电压峰值附近，适当增加占空比；而在60度和120度附近，适当减小占空比，使输入相电流更加接近正弦，从而增加满足IEC-1000-3-2A谐波标准的最大功率。但都具有大信号稳定性较差的缺点，其中还要用复杂的检测电路来产生谐波注入信号。图3是现有技术中的另一种改进型三相PFC框图，它与单相CCM BOOST PFC的平均电流控制具有相同的原理，也用UC3854芯片，只是检测的电流信号为整流桥直流侧的电流，非单独的各相电感电流，波形信号是输入三相相电压的六脉波头，非各相的相电压波形。从原理上，这种控制可使各相电感电流在半周期内都有60度的时间(对应于相电压60度-120度的间隔)跟随其输入相电压，故可改进增加满足IEC-1000-3-2A谐波标准的最大功率。但对于三相三线制输入，三相输入相电压的六脉波头检测电路非常复杂，文献中的整流桥直流侧电流检测电路也很复杂，故较难实用化。图4(a)、4(b)是本专利技术提出的改进型三相PFC框图。其中图4(a)是非常简单的一种平均电流控制技术，该图所示三相单开关功率因数校正升压变换器包括三相输入端Va、Vb、Vc、输出端Vo、三相整流电路、脉宽调制电路PWM和电压环1，所述三相输入端Va、Vb、Vc分别接三相交流电源，输出端Vo的输出为直流电，在整流电路的输出端两端跨接一个电子开关S，该电子开关S的控制端和脉宽调制电路(PWM)的输出端相连，该脉宽调制电路PWM的反相输入端与外部输入三角波信号相连；其特征是还包括电流环2，所述电流环2的正相输入端接电压环1的输出Vc，反相输入端接电流采样电路的输出端，电流环2的输出端则接于脉宽调制电路PWM的正相输入端。在这种方案中，电压环(带宽远低于网频，一般＜10Hz)的输出是电流内环(快环，一般＞1/10fs，fs为开关频率)的基准。控制的结果是强制整流桥直流侧的电流(Idc)变为直流，从而可使各相电感电流在半周期内都有60度的时间(对应于相电压60度～120度的间隔)为直流，总的相电流近似为梯形波，故可增加满足IEC-1000-3-2A谐波标准的最大功率。图4(b)是采用图3的结构来实现图4(a)，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三相单开关功率因数校正升压变换器，包括三相输入端（Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ）、输出端（Ｖｏ）、三相整流电路、脉宽调制电路（ＰＷＭ）和电压环（１），所述三相输入端（Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ）分别接三相交流电源，输出端（Ｖｏ）的输出为直流电，在整流电路的输出端两端跨接一个电子开关（Ｓ），该电子开关（Ｓ）的控制端和脉宽调制电路（ＰＷＭ）的输出端相连，该脉宽调制电路（ＰＷＭ）的反相输入端与外部输入三角波信号相连，在整流电路直流侧正端串接一个开关二极管（Ｄ）； 其特征是：还包括电流环（２），所述电流环（２）的正相输入端接电压环（１）的输出（Ｖｃ），反相输入端接电流采样电路的输出端，电流环（２）的输出端则接于脉宽调制电路（ＰＷＭ）的正相输入端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张兴柱，张华建，谭云华，
申请(专利权)人：艾默生网络能源有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]