[发明专利]一种单相三电平Buck PFC整流器及其控制方法

说明书

本申请一种单相三电平Buck PFC整流器及其控制方法，利用Buck拓扑电路结构、不带反并联二极管的IGBT以及通过相应的电路控制方法，实现电感电流连续模式(CCM)单相三电平功率因数校正的功能；采用Buck电路拓扑结构实现降压输出，从而减小对后级设备电压应力的要求；该电路可以避免传统Buck PFC输入电流死角问题，从而达到低总谐波失真、高功率因数和高效稳定工作的效果。

技术领域

本发明属于功率因数校正领域，具体涉及一种单相三电平Buck PFC整流器及其控制方法。

背景技术

接入电网的电子开关电源设备是电网中电流谐波的主要来源，其中的高次谐波会影响电网电能质量、传输效率和其他设备的安全运行，功率因数校正(power factorcorrection，PFC)是抑制高次谐波电流和提高功率因数的有效方法，已是中大功率电子设备的重要组成部分。其中又以有源功率因数校正(APFC)应用更为广泛。

传统的PFC电路以升压型Boost电路为代表，如图1所示，Boost无桥PFC的输出电压较高，对后级设备功率器件的电压应力相应要求较高，且前级整流桥会导致能量损失，二极管通态损耗在低压大功率工作时尤为明显，这不利于整流器的效率提升。

为了解决Boost无桥PFC的问题，有学者提出Buck无桥PFC，如图2所示，利用开关管代替桥臂的二极管减小导通路径的损耗，从而减小对后级设备电压应力的要求，但是存在输入电流死角问题，会恶化输入电流的谐波和功率因数值。

综上所述，现有的PFC整流器仍存在技术缺陷亟待改进。

发明内容

基于此，本发明提供一种单相三电平Buck PFC整流器及其控制方法，以解决上述现有PFC整流器的缺陷。

本发明一种单相三电平Buck PFC整流器，包括：

第一开关管和第二开关管、功率开关管、功率电感，快恢复二极管、第一滤波电容和第二滤波电容；

功率开关管与快恢复二极管组成导通单元通过中性线连接于输入端与功率电感的第一端之间；

第一开关管和第二开关管均不带反并联二极管，分别与第一滤波电容和第二滤波电容组成两条支路；

第一开关管的漏极与功率开关管的漏极相连接，第二开关管的源极与功率开关管的源极相连接；

功率电感的第二端分别与第一滤波电容的负极和第二滤波电容的正极相连接，还通过中性线连接至输入端。

优选地，导通单元包括功率开关管、第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，第一二极管与第二二极管串联组成第一管组，第三二极管与第四二极管串联组成第二管组，第一二极管的阴极和第三二极管的阴极分别与功率开关管的漏极相连接，第二二极管的阳极和第四二极管的阳极分别与功率开关管的源极相连接，第一管组和第二管组分别并联于功率开关管的两端且第一管组和第二管组处于不同侧。

优选地，第一开关管和第二开关管均为不带反并联二极管的IGBT。

优选地，功率开关管为带反并联二极管的N沟道型MOSFET。

另一方面，本发明提供一种单相三电平Buck PFC整流器的控制方法，包括：

S1.对整流器的输出电压和电感电流进行采样和运算，根据运算结果获得若干个PWM驱动信号；

S2.根据输入电压的极性选通对应的PWM驱动信号用于控制第一开关管和第二开关管的通断。

优选地，步骤S1包括：

将输出电压的采样值与参考电压进行误差比较得到误差电压；

误差电压与电感电流的采样值进行求和运算得到第一比较值；