[发明专利]三相单级功率因数校正电路起动与磁复位方法及实现电路

说明书

技术领域

本发明涉及三相单级功率因数校正电路起动与磁复位方法及实现电路，属于电力电子领域。

背景技术

电力电子等非线性负载的广泛应用给电网带来了大量的谐波，谐波对电网的“污染”已经引起人们越来越多的关注。为了有效地抑制谐波，人们提出了有源功率因数校正(APFC)技术，目前，APFC技术是抑制谐波电流、提高用电设备网侧功率因数的最直接方法。APFC技术按电路结构可分为两级型和单级型，单级APFC将PFC环节和DC/DC变换环节集成，共用一个控制器，具有结构简单、成本低、效率高等优点，是电力电子技术领域中的一项重要课题和发展趋势。

将电流源型带变压器隔离的全桥升压拓扑应用于单相、三相单级APFC电路中，图1所示为典型的基于电流源型带变压器隔离全桥升压拓扑的三相单级APFC（Active Power Factor Correction , 有源功率因数校正）电路，所述APFC电路主要由三相三线制交流输入电源(u_a、u_b、u_c)、三相输入整流电路1、移相桥2、高频变压器T、输出整流电路3和输出滤波电容C构成。移相桥2由开关管S₁-S₄构成，三相输入整流电路1是由六个二极管构成的三相的全桥整流电路，输出整流电路3是由四个二极管构成的单相的全桥整流电路，电源u_a串接A相升压电感L_a，电源u_b串接B相升压电感L_b，电源u_c串接C相升压电感L_c。

移相桥2是所述APFC电路的主要部分(其中开关管S₁~S₄可由功率场效应晶体管或IGBT构成)，所述AFPC电路可同时完成功率因数校正和AC/DC变换；高频变压器T的采用即实现了变换器输入输出侧的电气隔离，又可以完成对输出直流电压的调节，以满足不同负载R对变换器输出电压等级的要求。

图2所示为APFC电路中各开关管的开关时序，开关管S₁与S₃的导通状态互补，S₂与S₄的导通状态互补，S₁~S₄的导通比都固定在50%，但S₁、S₃对开关管S₂、S₄的导通相位时可控的。所述APFC电路与传统的DC/DC桥式变换器或移相软开关桥式变换器的工作过程是不同的，在移相的过程中允许桥臂开关直通，不需要设置死区时间，通过调整桥臂开关直通的时间就可以达到调节输出电压的目的。

所述APFC电路工作于电感电流断续(DCM)模式，利用桥臂开关直通(S₁、S₂导通或者S₃、S₄导通)来实现升压电感（A相升压电感L_a、B相升压电感L_b 和C相升压电感L_c）的充电，利用桥臂开关对臂导通(S₁、S₄导通或者S₂、S₃导通)来实现升压电感的放电以及能量向负载的传递。该电路输入电流波形如图3所示，其中各相输入电流峰值的包络线为正弦且与该相电压波形同相位，因此，所述APFC电路无需任何特殊的控制策略，只需保证输入电流工作于DCM模式即可实现功率因数校正的目的。

图1所述的电流源型带变压器隔离的全桥升压拓扑类APFC电路和传统DC/DC桥式变换器或移相软开关桥式变换器相比具有较大的优势，主要表现在：(1) 实现了输入输出侧的电气隔离；(2) 实现了功率开关管的软开关；(3) 实现了输出电压的调节；(4) 消除了桥臂开关直通、短路的危险。

所述APFC电路为升压类拓扑，即正常工作时，整流输出电压U_T高于输入电压，其中：整流输出电压U_T为高频变压器原边电压，即U_T=nU_o，其中n为高频变压器T原副边绕组的变比，U_o为APFC电路的输出电压，与高频变压器T副边电压相等；输入电压为输入三相电源的线电压，只有整流输出电压U_T高于输入电压这样设置才能实现电路于开关对臂导通阶段，升压电感承受反向电压而导致电流下降。但是，该类拓扑本身存在以下问题：