[发明专利]变频谐振式三相功率因数校正变换器

说明书

本申请提供一种变频谐振式三相功率因数校正变换器，包括：输入滤波器，包括三个电感和三个电容，对三相输入电压进行滤波；三个输入电感，分别接收滤波后的三相输入电压；三相整流桥，分别接收三个输入电感的输出；开关组件，包括耦合于三相整流桥两端并串联连接的第一开关和第二开关；输出电容，其并联连接于三相整流桥两端；谐振电容，其一端连接于第一开关和第二开关之间的节点，另一端连接于零线；变频控制电路，其连接到输出电容的两端，检测输出电容两端的差分电压并根据差分电压控制第一开关和第二开关的导通和关断。本申请可以消除了三次谐波电流，使THD降至3％以下。

技术领域

本发明属于三相功率因数校正变换器技术领域，更具体地涉及一种变频谐振式三相功率因数校正变换器。

背景技术

功率因数校正变换器(PFC)是一种电源变换装置将单相或三相交流电压转化为直流电压，同时实现接近于1的理想功率因数(PF＝1)，以减小电网的无功电流以及谐波电流总量(THD)，实现用电设备对电网的友好介入。

对于三相功率因数校正变换器，以高频切换为特征的有源功率因数变换器有很多种电路拓扑，通过对三相输入电流的精准调控实现三相电流与其对应的三相电压成严格的比例关系，即实现纯阻性的输入特性，达成功率因数接近于1的理想状态。按照输入电流的波形特征可将三相功率因数校正分为连续电流型和断续电流型，连续电流的拓扑有三相六开关桥式电路，三相维也纳整流电路等，这类电路的特征是将三相电流作为三个独立的变量进行调控，通常采用专用的模拟芯片或高速数值处理器(DSP)进行多变量的PWM控制，能够实现0.99的功率因数以及5％的THD指标。这类电路控制算法往往比较复杂，电路成本比较高，而且一般情况下都是硬开关工作，所以变换器的工作频率不能太高，仅适合大功率的应用，特别对于400Hz以上的三相交流，DSP的处理速度往往不能满足要求，很难实现较低的THD指标；断续电流型的拓扑有单开关或双开关等电路类型，一般利用电感峰值电流与电压成正比的特性，使输入电流与输入电压自然成正比，不需要复杂的算法，只需要适当的变频控制，就能够获得0.95～0.98的功率因数，但这类电路的THD比较高，通常会达到10～20％。主要是这类电路不能解决三次电流谐波的问题，三次电流谐波是THD的指标中主要组成部分，降低三次电流谐波就能降低THD值。在GJB-151B CE101的测试标准中就明确规定了各次电流谐波的限定值。因此我们期待一种电路结构简单，控制逻辑简单，但能获得高功率因数，低THD的电路拓扑。

三相功率因数校正变换器的另一个问题是效率和功率密度的问题，连续型电流的三相功率因数校正电路是硬开关工作模式，开关损耗的存在阻碍了变换器开关频率的提升。一般只能工作在100KHz的频率范围，磁性元件的体积较大，阻碍了电源系统功率密度的提升。随着宽禁带半导体器件的发展，如SiC，GaN开关组件的成熟，变换器高频化的需求越来越迫切，软开关的电路拓扑能够消除开关损耗，工作频率可以提升到数百KHz。变频谐振式的电路通常能实软开关的工作条件，降低开关组件的损耗，减小磁性元件的体积和重量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变频谐振式三相功率因数校正变换器，消除了三次谐波电流，使THD降至3％以下。

本申请公开了一种变频谐振式三相功率因数校正变换器，包括：

输入滤波器，所述输入滤波器包括三个电感和三个电容，其中，三相输入电压采用三相四线制，所述三相输入电压的三个电压线分别连接所述三个电感，所述三个电感的另一端分别连接所述三个电容，所述三相输入电压的零线连接所述三个电容的另一端，所述输入滤波器对所述三相输入电压进行滤波；

三个输入电感，所述三个输入电感分别接收滤波后的三相输入电压；

三相整流桥，所述三相整流桥分别接收所述三个输入电感的输出；

开关组件，所述开关组件包括耦合于所述三相整流桥两端并串联连接的第一开关和第二开关；

输出电容，所述输出电容并联连接于所述三相整流桥两端并连接负载的两端；