[发明专利]一种电容解耦三相有源功率因数校正器

说明书

技术领域

本发明涉及三相APFC(有源功率因数校正器)，它适用于各种需要将三相交流(AC)整流为直流(DC)的电力电子设备。

背景技术

三相APFC属于一种三相AC/DC变换器，其输入为三相交流电(三相三线或三相四线)，输出为电压稳定的直流电。三相APFC与一般三相AC/DC变换器的不同之处在于：前者的输入电流是正弦波，后者的输入电流一般不是正弦波(是尖峰波)——因而前者对电网几乎无谐波污染，后者对电网有严重的谐波污染。

一般AC/DC变换电路在DC侧都有大容量电容，它的作用是减小直流电压的纹波，但是，大电容使整流器导通角减小，输入电流为尖峰波——电流谐波成分增大、功率因数下降。

在APFC中，单相、两级APFC技术最为成熟，它能使单相AC/DC变换电路的功率因数接近于1、从电网吸取的电流接近于正弦。1台单相、两级APFC电源包括前置APFC和后置DC/DC两级，前级主要完成电流波形校正，后级主要实现电压稳定。市场上已经有多种型号的单相、两级APFC控制芯片，如Unitrode公司的UC3854系列等。

与单相APFC相比，三相APFC技术要滞后得多，由于相间耦合、控制复杂等原因，基于三相全桥的三相APFC技术尚未得到广泛应用，能否将单相APFC的成熟技术用于三相APFC，一直是业内关注的热点。

已经出现的一种方案可以称为‘三单相’方案，也就是用三个完全独立的单相APFC电源分别接在三相动力电源上组成一个三相APFC电源(三个单相APFC电源的输出并联)。三单相方案简单实用、性能优良，但是，三单相方案的成本较高、元器件太多——三套前置APFC加三套后置DC/DC。

已经出现的另一种方案可以称为‘准三相’方案，准三相方案是一个前置‘准三相APFC’加一个后置DC/DC，其中准三相APFC由三个独立的单相APFC组合而成，后置DC/DC只有一个。准三相方案比三单相方案元器件少，但是，准三相方案存在相间耦合，其功率因数校正效果一般不如三单相方案。

准三相APFC的相间耦合就是三相电压通过不同的单相APFC形成的耦合。人们早就注意到这一问题，并且一直在探讨解耦办法，在此之前最有效的一种方法是在单相Boost-PFC的基础上加去耦二极管和去耦电感。这种准三相Boost-PFC的不足之处是：外加的三个二极管增大了功耗，额定输出直流电压高于620V(不管是三相三线还是三相四线)，上电时冲击电流很大。

发明内容

本发明的目的是提供一种电容解耦三相有源功率因数校正器，以提高三相交流电的功率因数。

为实现上述目的，本发明提供的一种电容解耦三相有源功率因数校正器，其输入为三相交流电，在三相交流电的每两相输入端之间串接有EMI和整流桥电路，各EMI和整流桥电路的两个输出端一路直接接入电感与开关管电路，另一路经电流取样电阻后再接入电感与开关管电路；电感与开关管电路的两输出端分别经相对应的两解耦电容接入电感与二极管电路，电感与二极管电路的两输出端输出直流电压，相应的三相输出的直流电压并联，并联后两输出端之间跨接有纹波滤除电容；电流取样电阻两端分别与单相PFC控制电路的电流环输入端相连，电感与二极管电路的两输出端将电压信号与单相PFC控制电路的电压环输入端相连，单项PFC控制电路通过检测电流和电压信号后输出开关信号来控制电感与开关电路。

本发明的功率因数校正器(PFC)能提高电力电子设备的功率因数，削减电力电子设备向电网释放的谐波。PFC分无源和有源两大类，有源比无源先进。有源功率因数校正器(APFC)又分单级和两级两种方案，两级比单级成熟，本发明属于有源、两级方案。这种电容解耦三相APFC输入电流是连续的正弦波，功率因数可达到0.99以上，输出直流电压可大范围自由设定，上电冲击电流仅为稳态电流的2倍。

附图说明

图1为电容解耦三相PFC原理框图(后置DC/DC)。

图2为双电容Cuk-PFC。

图3为双电容Sepic-PFC。

图4为一种电容解耦三相三线PFC。

图5为电容解耦三相三线PFC的波形。

图6为双电容Cuk-PFC的波形。

图7一种电容解耦三相四线PFC。

图8电容解耦三相四线PFC波形。

图9三相不平衡时电容解耦三相三线PFC的波形。

图10缺C相时电容解耦三相四线PFC的波形。

图11时段划分。