带有功率因数校正电路的三相整流器制造技术

本发明专利技术公开一种带有功率因数校正电路的三相整流器，在整流器的直流侧接有电流采样电路，所述电流采样电路的输出端与电压环补偿器的输出端相迭加后接于脉宽调制电路ＰＷＭ的正相输入端，或与外部三角波信号迭加后接于脉宽调制电路ＰＷＭ的反相输入端。采样电路在整流器的直流侧，避开了复杂的谐波信号产生和注入等控制电路，其取样电路的实现也简单许多，但却达到了很好的校正效果。（*该技术在2019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三相整流电路功率因数校正方法及其电路，特别是单开关三相功率因数校正方法及其电路。三相整流电路的功率因数问题近年来一直是电力电子领域的热点。随着世界各国对用电设备输入电流谐波的相应规范／标准的出台和强制实行，三相功率因数校正必将成为电源产业关注的焦点。最简单的三相功率因数校正电路(PFC)可以采用L、C元件直接实现。这种方法一定情况下可以使功率因数得到较大提高，可达0．92以上，但当输出功率大于2KW时，输入电流谐波不能满足IECl000-3-2 CLASS A的标准。现在中小功率设备流行的三相功率因数校正主电路拓扑是单开关电路(称为三相单开关DCM Boost整流器)。如图9，由输入电感La、Lb、Lc、三相二极管整流桥和一个电子开关S组成，通过定频定占空比的脉冲信号来控制开关的开合，进而实现功率因数的校正。图中，Z1、Z2、R3、R4构成电压环补偿器，其中Vref为参考电压，Vf为反馈电压，其输出为电压误差放大信号Ve。这种电路结构简单，成本较低，得到广泛关注。但它“等脉宽”的特点决定了其输入电流五次谐波较大。如输入线电压为380V，输出电压为800V时，则当输出功率大于5KW时，五次谐波将超过IECl000-3-2 CLASS A的标准。随着输入电压升高或输出电压降低，谐波将进一步恶化。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，已有一些改进的控制方案相继提出，它们是CCM／DCM(CCM为连续电流模式，DCM为不连续电流模式)边界控制、6次谐波注入控制(如附图说明图13所示，其中 代表乘法器，代表加法器)、6n次谐波注入控制(如图12，其中Zfl、Zf2为阻抗)等。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CCM／DCM边界控制是一种变频控制方案，它的大范围开关频率变化使得输入EMI(电磁干扰)滤波器的设计较为困难；6次谐波注入法需要复杂的谐波信号产生和注入等控制电路；6n次谐波注入法虽然有了较大改进，但其取样电路的实现仍然较为复杂。本专利技术的目的就是为了解决以上问题，提供一种带有功率因数校正电路的三相整流器，以改善输入电流谐波，使之在较大功率的应用场合，仍能满足IEC-1000-3-2标准。本专利技术实现上述目的的方案是一种带有功率因数校正电路的三相整流器，其输入端为三相交流电源，输出端为直流电，包括三相输入端Va、Vb、Vc、输入电感La、Lb、Lc和三相整流电路，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的控制端和一个脉宽调制电路PWM的输出端相连，该脉宽调制电路PWM的正相输入端接电压环补偿器，反相输入端与外部输入三角波信号相连；其特征是在整流器的直流侧接有电流采样电路，所述电流采样电路的输出端与电压环补偿器的输出端相迭加后接于脉宽调制电路PWM的正相输入端，或与外部三角波信号迭加后接于脉宽调制电路PWM的反相输入端。根据需要，也可以在所述电流采样电路的输出端接信号变换电路，信号变换电路的输出端接加权电路，通过加权电路与电压环补偿器的输出加权迭加后接于脉宽调制电路PWM的正相输入端，或通过加权电路与外部三角波信号加权迭加后接于脉宽调制电路PWM的反相输入端。其中，所述采样电路输入端串接于电子开关上，也可串接于整流电路的直流母线上。由于采用了以上的方案，采样电路在整流器的直流侧，避开了前述6次谐波注入法所需要的复杂谐波信号产生和注入等控制电路，其取样电路的实现也比6n次谐波注入法简单许多。但另一方面，理论和实验都可以证实，本方案可以达到与6n次谐波法相同的效果，更比6次谐波注入法取得的效果要好。图1-4是本专利技术实施例一至实施例四的原理图。图5a-5d是本专利技术实施例一的四种具体电路示意图。图6a-6b是本专利技术实施例二的二种具体电路示意图。图7a-7d是本专利技术实施例三的四种具体电路示意图。图8a-8b是本专利技术实施例四的二种具体电路示意图。图9是传统三相单开关DCM整流器示意图。图10是单个开关周期三相输入电流波形。图11是恒流恒占空比控制时的归一化的相电流波形与M的关系示意图。图12是现有技术中6n次谐波注入法三相DCM Boost整流器。图13是现有技术中6次谐波注入法三相DCM Boost整流器。图14是三相输入电压的六脉波头信号。图15是一个周期内占空比调制分量波形。图16是峰值电流注入型控制法在M=1．5时的归一化平均相电流波形。图17是实现最小输入电流失真度的调制系数m与电压增益之间的关系曲线。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。本专利技术的基本原理是通过检测三相单开关DCM Boost整流器直流侧的峰值电流信号，直接或间接地在电压环补偿器后面调制主开关的占空比，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。专利技术的电路结构与传统的峰值电流型控制技术相类似，故在这里叫做峰值电流注入控制方案。实际中可有多种实现方式。下面列出几种实施例，先简单介绍每种的特点，再选择图5b的结构进行原理分析。各图中，所示带有功率因数校正电路的三相整流器的共同点如下其输入端为三相交流电源，输出端为直流电，包括三相输入端Va、Vb、Vc、输入电感La、Lb、Lc和三相整流电路，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(也称驱动输入端，它与驱动信号drv相连)和一个脉宽调制电路PWM的输出端相连，该脉宽调制电路PWM的正相输入端接电压环补偿器4的输出端，反相输入端与外部输入三角波信号相连；其特征是在整流器的直流侧接有电流采样电路1，所述电流采样电路1的输出端与电压环补偿器4的输出端相迭加后接于脉宽调制电路PWM的正相输入端，或与外部三角波信号迭加后接于脉宽调制电路PWM的反相输入端。根据需要，在所述电流采样电路1的输出端可接信号变换电路2，信号变换电路2的输出端接加权电路3，通过加权电路3与电压环补偿器4的输出加权迭加后接于脉宽调制电路PWM的正相输入端，或通过加权电路3与外部三角波信号加权迭加后接于脉宽调制电路PWM的反相输入端。在下述各例中，对此共同点部分不再重述。实施例一、图1是将Boost整流器主开关的检测电流，经信号变换电路处理，与电压环输出迭加，再与外部三角波比较，产生一个调制的占空比信号。通过改变信号变换电路的形式和加权系数，可以改善三相单开关DCM Boost PFC的输入电流波形，实现低谐波含量。其接法是所述采样电路1输入端串接于电子开关上，其输出端直接与电压环补偿器4的输出相迭加后接于脉宽调制电路PWM的正相输入端(此时不用信号变换电路)，或经信号变换电路2并经加权电路3与电压环补偿器4的输出加权迭加后接于脉宽调制电路PWM的正相输入端。图5a、5b、5c、5d是实施例一的四种具体实现，其中图5a是采用电流互感器检测开关电流，再将其与电压环的输出相迭加，然后与三角波比较产生所需的开关占空比，来达到要求的输入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带有功率因数校正电路的三相整流器，其输入端为三相交流电源，输出端为直流电，包括三相输入端Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ、输入电感Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ和三相整流电路，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的控制端和一个脉宽调制电路ＰＷＭ的输出端相连，该脉宽调制电路ＰＷＭ的正相输入端接电压环补偿器（４）的输出端，反相输入端与外部输入三角波信号相连；其特征是：在整流器的直流侧接有电流采样电路（１），所述电流采样电路（１）的输出端与电压环补偿器（４）的输出端相迭加后接于脉宽调制电路ＰＷＭ的正相输入端，或与外部三角波信号迭加后接于脉宽调制电路ＰＷＭ的反相输入端。

【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]