[发明专利]三相升降压功率因数校正电路及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三相升降压功率因数校正电路(buck-boost PFC circuit)及其控制方法，尤其是指一种利用三个独立的单相三电平(single-phasethree-level)升降压功率因数校正电路。

背景技术

近二十年来电力电子技术得到了飞速的发展，已广泛应用到电力、化工、通讯等领域。电力电子装置多数通过整流器与电力网接口，典型的整流器是由二极管或晶闸管(thyristor)组成的一个非线形电路，在电力网中产生大量电流谐波和虚功率(reactive power)，污染了电力网，成为电力公害。电力电子装置已成为电力网最主要的谐波源之一。抑制电力电子装置产生谐波的一种主要方法就是主动式方法，即设计新一代高性能整流器，它具有输入电流为正弦波、谐波含量低、功率因数高等特点，即具有功率因数校正功能。近年来功率因数校正电路得到了很大的发展，成为电力电子学研究的重要方向之一。

单相功率因数校正技术目前在电路结构和控制方面已日趋成熟，常用的单相功率因数校正电路是升压电路(boost circuit)，它有架构简单，要求的电磁干扰(EMI)滤波器小等优点，但是这种架构只能适应于输出电压大于输入电压峰值的场合，而对应于宽范围输入电压而言，有时候输入电压会高于输出电压，即需要把输入电压降低且保证输入电流能很好跟踪输入电压从而得到较低的总谐波失真(total harmonic distortion：THD)。而此时boost电路无法完成这种功能，所以降压(buck)架构被用于这种场合，如图1所示，即为已知的可应用于较宽范围输入电压的单相升降压(buck-boost)结构，其具有二极管B1-B4与D1-D2、开关S1-S2、电感L1、输入电源Vin与输出电容C1，并且输出一电压Vo。

此种变换电路工作模式如下：

a.Vo>2Vin]]>

其中Vo为输出电压，Vin为出入电压。在这种运行条件下，输入电压Vin与输出电压Vo的波形图如图2所示，输出电压始终高于输入电压，故变换器必须运行在boost模式下，开关S1开通，二极管D1关断，此种情况下变换器就是传统的Boost PFC电路。

b.Vo≤2Vin]]>

从图3很容易发现，当输出电压Vo小于输入电压Vin峰值时，变换器运行在buck和boost工作模式。在区间π-α到π+α之间，输出电压大于输入电压，S1常通，D1常关，变换器工作在boost模式，在区间α到π-α之间，输出电压小于输入电压，S2常关，D2常通，变换器工作在buck模式。

这种线路只合适于单相输入情况，在某些场合我们需要用到三相输入电压，因此这种单相线路满足不了系统要求。而在三相输入电压应用场合，已经有很多其他的一些传统方法用于减小输入电流的总谐波失真(THD)。比较常用的一种方法如图4所示。其包含二极管D1-D14，电容C0，C1-C3，开关S1-S4，电感L1-L5与交流电源Vi1-Vi3。

而图4的结构可以分成2部分：前面部分是输入BUCK部分(降压输入级)，后面是输出BOOST部分(升压输出级)。这种PFC电路可对三相三线制进行整流，结构简单，元器件较少。但是也有其缺点：由于三相三线制系统的中点是由三相交流输出电源通过三个电容连接构造而成，并非绝对零电平点，而在三相三线制情况下三相输入互相耦合，所以三相输入电流控制较难且THD较高。由于电流流过的元器件数量比较多从而导致这种结构的效率较低。特别是由于三相输入是电耦合的，这种系统没有用变压器隔离将难以并联，如果并联会造成其中一相的电流倒流到另一相的情况，进而造成各相线路电流不均情况，很难做成高可靠的冗余系统。

发明内容