[发明专利]三相升降压功率因数校正变换器

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变换器（Boost-Buck PFC Converter），尤其涉及一种利用三个独立单相升降压功率因数校正电路的变换器。

背景技术

近20年来，电力电子技术得到了快速发展，各类电力电子装置在化工、通信等领域得到了广泛应用，其中整流器是最为典型的一种。传统的整流器包括二极管整流和采用晶闸管的相控整流，作为典型的非线性电路，工作过程中，整流器的输入电流将含有大量谐波成分，这给公用电网造成了严重的谐波污染。PFC变换器可以大幅降低输入电流的谐波含量，实现单位功率因数整流，得到了各国学者的广泛关注。

目前，具有升压功能的单相Boost型PFC变换器得到了广泛应用。该方案具有电路结构简单，输入电流连续，滤波器体积较小等方面的优势，但适用范围有限，即仅适用于输出电压大于输入电压峰值的场合。而在某些场合下，输出电压是小于输入电压峰值的，这意味着，一个基波周期内，变换器既有工作在Boost模式的阶段，也有工作于Buck模式的阶段，因此，既能工作于Boost模式，又能工作于Buck模式的PFC变换器成了近年来国内外学者研究的热点之一。

图1为传统单相Buck-Boost PFC变换器电路拓扑，通过控制开关管S1或S2可使变换器工作在Buck或Boost工作模式，S1恒导通，S2处于PWM开关状态时，变换器处于Boost工作模式，S2恒关断，S1处于PWM开关状态时，变换器处于Buck工作模式。该电路为单相Buck-Boost变换器，仅适用于小功率场合。

图2为一种现有的两级式三相Buck-Boost PFC变换器，该变换器由前级三相Buck PFC变换器和后级Boost升压电路构成，为三相三线制结构。该电路三相输入电流相互耦合，控制较为复杂，不利于降低输入电流的总谐波失真（Total Harmonic Distortion： THD）。

图3为一种现有的三相四线制结构的三电平三相Buck-Boost PFC变换器。对于每相支路，在电源电压正、负半周内各有半个支路处于工作状态，具体的工作模式（Buck或Boost工作模式）由输入电压与输出电压之间的相对大小关系确定：当相电压极性为正时，每相电路的上半支路处于工作状态，此时，如果相电压大于输出电压，则上半支路工作于Buck模式，否则工作于Boost模式；当相电压极性为负时，每相电路的下半支路处于工作状态，此时，如果相电压绝对值大于输出电压，则下半支路工作于Buck模式，否则工作于Boost模式。该电路有效解决了上述现有技术所存在的应用范围窄、控制复杂的缺陷，且有利于降低电路中的总谐波失真。但根据该电路拓扑可以看出，在Buck工作模式下，任意时刻都有两个二极管存在导通损耗，而传统Buck PFC在开关管关断期间仅有一个二极管存在导通损耗，因此，使用图3所示拓扑的话，Buck工作模式所占的比例越多，则二极管导通损耗导致的系统损耗越大，将显著降低系统效率，Boost工作模式下，电感储能阶段有一个二极管存在导通损耗，而在续流阶段存在两个二极管存在导通损耗，而传统Boost PFC变换器在续流阶段也只有一个二极管存在导通损耗，这也降低了变换器的效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种三相升降压功率因数校正变换器，以解决现有技术所存在的系统损耗较大的问题。

本发明采用以下技术方案来解决上述技术问题：

一种三相升降压功率因数校正变换器，包括：

分别接收三相电压的其中一相电压的第一、第二、第三单相功率因数校正电路，第一输出电容，第二输出电容，以及一条中性线；所述第一、第二、第三单相升降压功率因数校正电路分别包含一中性点、一输入端、一第一输出端及一第二输出端；第一输出电容的一极与所述三个中性点连接，另一极与所述三个第一输出端连接；第二输出电容的一极与所述三个中性点连接，另一极与所述三个第二输出端连接；所述三个中性点均与所述中性线连接；

其特征在于，所述第一、第二、第三单相升降压功率因数校正电路均由两个分别在输入电压正、负半周独立工作的单相升降压变换器组成，这两个单相升降压变换器在输入侧并联，输出侧串联，每一个单相升降压变换器均由前端的升压电路与后端的降压电路级联而成。

作为本发明的三相升降压功率因数校正变换器的第一优选方案，所述第一、第二、第三单相升降压功率因数校正电路均包含：