[发明专利]三相无桥功率因数校正交流-直流变换器

说明书

技术领域

本发明涉及交流-直流转换技术，特别涉及一种三相无桥功率因数校正（PFC）交流-直流变换器。

背景技术

在中高功率（几个千瓦以上）应用场合，由于单相交流电最大输入功率的限制，电器设备的输入多采用三相电压。而传统直流用电设备大多采用不可控整流滤波后直接用于负载，造成输入电流断续，电流总谐波失真（THD）高，功率因数低，严重影响了供电质量，不仅使电网损耗增大，同时还可以造成某些设备的损坏。为实现高功率因数（PF）和低谐波失真，以电力电子技术为基础的功率因数校正（PFC）技术大量用于交流-直流（AC-DC）功率转换中，构成了具有功率因数校正功能的交流-直流变换器，通过控制交流-直流变换器中的开关导通和关断时间（即调整控制信号的脉冲参数），对输出电压和输入电流进行控制。

三相无桥功率因数校正交流-直流变换器是由单相无桥功率因数校正交流-直流变换器衍生而来。它采用三个独立的单相无桥双升压功率因数校正（DBPFC）变换器在输出端并联而成，输出电容由三个变换器共享，并且在平衡条件时，输出电容两端的电压没有低频纹波。目前，尽管三相无桥功率因数校正交流-直流变换器拓扑形式多种多样，但许多都是单开关、三开关以及六开关的基本拓扑上演化得到。其中，单开关三相无桥功率因数校正交流-直流变换器，电流工作在断续模式下，输入侧的电流谐波失真大，需要较大的电磁兼容（EMI）滤波器；三开关三相无桥功率因数校正交流-直流变换器，三个开关管必须是双向开关；六开关三相无桥功率因数校正交流-直流变换器虽可实现完全控制，但存在成本高，控制复杂等问题。并且现有技术三相无桥功率因数校正交流-直流变换器，各相开关和电感电流的工作状态受其它两相电路共同参与和制约，任何一相的独立控制都非常困难，甚至是不可能实现的。这样的情况下，三相无桥功率因数校正交流-直流变换器，各相之间的相互制约和影响，就成了中高功率交流-直流变换器的主要问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种三相无桥功率因数校正交流-直流变换器，通过电路的合理设计，降低三相电路之间的相互制约和影响，提高交流-直流变换器的性能。

本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，三相无桥功率因数校正交流-直流变换器，包括A相变换器、B相变换器和C相变换器及其控制系统，A相变换器、B相变换器和C相变换器交流输入端分别连接A相相线和中线、B相相线和中线、C相相线和中线，A相变换器、B相变换器和C相变换器的直流输出正端和直流输出负端分别相连，其特征在于，A相变换器、B相变换器和C相变换器具有相同结构，均包括第一升压电感、第二升压电感、第一二极管、第二二极管、第一开关、第二开关、第三二极管、第四二极管、第五二极管以及采样电阻；所述第一升压电感的一端与相线连接，所述第一升压电感的另一端与所述第一二极管的阳极相连，所述第二升压电感的一端与中性线相连，所述第二升压电感的另一端与所述第二二极管的阳极相连，所述第一开关一端与所述第一二极管阳极相连接；所述第二开关一端与所述第二二极管阳极相连，所述第一开关和第二开关的另一端与第五二极管的阴极连接，所述第三二极管阴极与所述第一二极管阳极连接，所述第四二极管阴极与所述第二二极管阳极连接，所述第三二极管和第四二极管的阳极均与所述采样电阻一端相连，所述采样电阻另一端与第五二极管的阴极相连，所述第一二极管和第二二极管的阴极相连作为直流输出正端，所述第五二极管的阳极为直流输出负端。

本发明针对电感耦合问题，将一个主电感分为两个电感（第一电感和第二电感）串联在主回路中，降低开关关断时各相电路间的耦合，同时增加一个功率二极管（第五二极管）阻止开关管导通时各相电路间的耦合。

进一步的，所述直流输出正端和直流输出负端还连接有输出电容和采样电路，所述输出电容和采样电路由A相变换器、B相变换器和C相变换器共享。

输出电容和采样电路由A相变换器、B相变换器和C相变换器共享，可以简化电路结构、降低成本。

优选的，所述第一开关和第二开关控制极与同一驱动信号连接。

本发明电路设计使第一开关和第二开关控制极可以采用同一驱动信号进行驱动，无须隔离驱动，大大简化了驱动电路设计。

进一步的，所述第一开关和第二开关均为单向开关。

采用单向开关可以降低成本和简化驱动电路设计。

具体的，所述单向开关为不含体二极管的场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管