[发明专利]两级三相分离升压变换器

说明书

本发明通常针对功率变换，并且尤其针对具有主级和使用一个辅助升压网络的辅助级的三相分离升压变换器，以及减小三相分离升压变换器的输入处的总谐波失真(THD)的方法。

由相控和非受控二极管桥式整流器产生的低输入功率因数和高输入电流总谐波失真(THD)是功率变换器/整流器工业中众所周知的问题。低功率因数和高THD通常导致输入AC电压失真、AC配电系统损耗、中性谐波电流、系统谐振激励以及远程通信应用中的过额的备用交流发电机KVA额定值。为了解决这些问题，设计者试图开发能够引出具有低谐波含量和具有高置换功率因数的接近正弦的线路电流的改进的三相整流器或变换器。

升压变换器通常用于功率因数校正AC/DC整流器应用，例如线路调节器。典型地，选择连续导通模式(CCM)升压变换器这种布局(topology)是用于从由正弦的输入电压导出的相当低的DC电压中提供极稳定的输出电压。升压级处理AC输入并且产生一个DC输出电压，典型地为400V或800V。在高输入电压条件中使用分离升压变换器布局由于一些优点而尤其具有吸引力，例如减小的升压电感的尺寸、较低电压额定值的开关和电容以及较高的效率。

一个分离升压布局通过两个输出电容提供两个相等的但不同相(unparallelable)的电压。通过将最低的输入电压限制在两个输出电压的电压水平的一个值上，从而提高了效率。使用分离升压布局允许使用额定值为一个常规功率因数校正的升压级所要求的击穿电压的一半的功率转换半导体器件，而仍提供高功率变换效率。例如，对480Vac线路输入工作并且具有仅400V的中间DC总线电压的一个DC/DC桥式变换器可以容易地利用可用的600V半导体转换器件和450V铝电解能量存储电容，而不损失效率。分离升压变换器优化使用功率开关，又具有三级升压变换器的优点，例如减小的升压电感尺寸。

尽管分离升压变换器提供了许多优点，但是它无法完全解决三相高功率整流应用中低输入功率因数和高输入总谐波失真(THD)的矛盾问题。例如，三相分离升压变换器引出的输入电流显示出一个不连续的120°导通类型的非正弦波形。一个三相分离升压变换器在向一个较大负载供电时，输入电流波形典型地被限幅，并且看起来象方波，而不是真正的正弦波。低功率因数和高THD通常导致上述问题。在努力校正这些问题的过程中，电路设计者试图开发能够引出具有低谐波含量和高置换功率因数的接近正弦的线路电流的三相整流器或变换器。

最近，电源工业已经变得对成本很敏感，低生产成本是成功的关键。此外，三相系统的THD要求是不同的，国际市场THD要求通常在20％附近，而国内市场能够接受大约40％的THD。而且，一些校正电路可能需要超速恢复二极管桥式整流器和一个限流开启电路例如缓冲器。

因此，本领域中需要的是有效利用成本的、在减小输入电流THD的同时显示较高功率因数的一个三相分离升压变换器布局。

针对现有技术的上述缺点，本发明提供用于三相分离升压变换器的一个辅助级，具有一个主级并使用该辅助级的一个三相分离升压变换器，以及因此减小输入电流总谐波失真(THD)的方法。

在一个实施例中，该辅助级包括：(1)连接到该三相分离升压变换器的一个输入的相应相的第一、第二和第三辅助升压电感以及(2)位于第一、第二和第三辅助升压电感与该三相分离升压变换器第一和第二输出之间的一个辅助升压网络，并且包括(2a)一个辅助的三相全波整流器，(2b)第一和第二辅助升压二极管，和(2c)第一和第二辅助升压开关，连接在辅助的三相全波整流器与第一和第二辅助升压二极管之间，合作通过第一、第二和第三辅助升压电感导通电流，以减小该三相分离升压变换器的输入处的输入电流总谐波失真(THD)。

本发明引入在三相分离升压变换器中使用一个辅助升压级以减小输入电流THD并同时提高变换器的总功率因数的广义概念。该辅助升压网络包括一个辅助整流器、第一和第二辅助升压二极管以及第一和第二辅助升压开关，合作编排电流通过第一、第二和第三辅助升压电感导通。此外，辅助级减小了变换器中一些元件的压力，允许更明智地和经济地选择元件。

在本发明的一个实施例中，第一和第二辅助升压开关跨接辅助的三相全波整流器。在一个有关的但是另一个实施例中，第一辅助升压开关位于所述第一和第二辅助升压二极管之间。

在本发明的一个实施例中，第二辅助升压开关在基本为零电流的条件下在导通和不导通状态之间转换。这消除了一个限流开启电路例如一个缓冲器电路的需要。消除缓冲器电路减少了元件数，并且因此降低了成本，同时提高了总可靠性。