[发明专利]一种高功率因数单相降压整流稳压电路及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种高功率因数单相降压整流稳压电路及控制方法。

背景技术

铁路机车从单相牵引电网取电，先通过变压器变换成单相860V交流电，再通过机车600V供电柜变换成稳定的直流600V向旅客列车供电，供电功率为2x400kW。

机车600V供电柜一般采用半控桥相控整流稳压技术，其基本电路图如图1所示，在高压满载情况下的典型网侧电压电流波形如图2所示，在高压半载情况下的典型网侧电压电流波形如图3所示。可见，在输入电压较高或者负载不重时，网侧电流基波的相位明显滞后于网侧电压基波的相位，导致网侧功率因数不高，且随着输入电压和负载变化而变化。这将影响整个机车的网侧功率因数，增加线路损耗，加大各级变压器容量，尤其是加大车载主变压器的体积、重量，并进而增加机车功耗。另外，因为晶闸管一旦开通就不能主动关断，半控桥相控整流稳压技术的动态响应是比较差的。

为解决这一问题，现有的采用如下方式，如：

一、四象限变流器技术或PFC整流技术，其电路拓扑如图4a、图4b所示。这两项技术都能实现网侧高功率因数，甚至实现网侧电流正弦化。其中四象限变流技术是铁路机车主牵引变流器和辅助变流器所普遍采用的技术。PFC整流技术在小功率场合应用广泛，电流型控制简单可靠，容易与软开关技术结合实现高频化。但以目前半导体开关器件的技术水平，无论采用四象限技术或PFC整流技术，都无法在体积上与相控整流技术相当，难以在铁路机车上使用。

二、二极管整流+降压斩波的技术，其电路拓扑如图5所示，在整流后和降压斩波电路前有电感、电容滤波电路。该技术的优点是既能实现网侧高功率因数，又能在与软开关技术结合并实现高频化后有效降低负载侧电压波动。但相比相控整流技术，由于增加了斩波降压电路以及相应的滤波电路，重量要重很多，也难以在铁路机车上使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高功率因数单相降压整流稳压电路，以解决相控整流稳压技术网侧功率因数低的问题，同时在体积、重量、效率甚至成本上与相控整流稳压技术相当，以适应铁路机车向列车提供直流600V的应用要求。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种高功率因数单相降压整流稳压电路，包括：由四个二极管VD1～VD4整流桥构成的整流电路、续流二极管VD5、开关K1、滤波电感L1和滤波电容C1；所述续流二极管VD5及滤波电容C1分别并联在整流电路的正、负线上；所述开关K1及滤波电感L1分布在整流电路的正线或负线上。

优选的，所述第一二极管VD1与第三二极管VD3串联，所述第二二极管VD2与第四二极管VD4串联后与第一二极管VD1及第三二极管VD3串联支路相并联，所述开关K1与滤波电感L1串联后连接在整流电路的负线上。

优选的，所述第一二极管VD1与第三二极管VD3串联，所述第二二极管VD2与第四二极管VD4串联后与第一二极管VD1及第三二极管VD3串联支路相并联，所述开关K1与滤波电感L1串联后连接在整流电路的正线上。

优选的，所述第一二极管VD1与第三二极管VD3串联，所述第二二极管VD2与第四二极管VD4串联后与第一二极管VD1及第三二极管VD3串联支路相并联，所述开关K1连接在整流电路的负线上，所述滤波电感L1连接在整流电路的正线上。

优选的，所述第一二极管VD1与第三二极管VD3串联，所述第二二极管VD2与第四二极管VD4串联后与第一二极管VD1及第三二极管VD3串联支路相并联，所述开关K1连接在整流电路的正线上，所述滤波电感L1连接在整流电路的负线上。

一种高功率因数单相降压整流稳压电路控制方法，该电路包括：由四个二极管构成的单相全桥整流电路、续流二极管、开关、滤波电感和滤波电容；续流二极管及滤波电容分别并联在整流电路的正、负线上；开关及滤波电感分布在整流电路的正线或负线上；当输入电压及负载变化时，通过调整开关的开断时间间隔，实现输出直流电压的调节。

优选的，所述开关为半导体开关。

优选的，所述半导体开关为IGBT开关管。

优选的，开关的开断在每半个周期内具体为：开关在时刻t2开通，在时刻t4关断；时刻t3对应与输入单相交流电压基波的峰值电压时刻，t1和t5分别对应于输入单相交流电压基波的过零点时刻，t1＜t2＜t3＜t4＜t5，且t2和t4分布于t3两侧。

优选的，t2和t4对称分布于t3两侧。