[发明专利]一种双升压型级联功率因数校正电路及控制方法

说明书

本发明公开了一种双升压型级联功率因数校正电路，具体包括2个级联工频桥臂、4个级联BOOST桥臂、1个耦合电感以及2个输出滤波电容，其中，工频桥臂与交流电源两端连接，BOOST桥臂通过升压耦合电感桥连。基于此装置提出的一种控制策略包含了输出电压控制、电感电流控制以及载波移相PWM调制策略。所提出的装置及其控制策略，有助于减小电感伏秒积，抑制共模噪声，以及防止桥臂直通，提高了装置的效率和可靠性。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，涉及基于级联型多电平开关变换技术，具体涉及一种双升压型级联功率因数校正电路及控制方法。

背景技术

传统两电平功率因数校正电路的开关器件电压应力大、电感伏秒大，导致功率密度和效率受限。为了进一步提高功率因数校正电路的功率密度和效率，可以采用多电平技术减小器件承受的电压应力和降低电感伏秒积。

通过多电平技术，不仅能有效降低电感两端的电压幅值，还能达到开关频率翻倍的效果，从而大幅降低了电感的伏秒积。目前，基于级联型多电平和飞跨电容型多电平技术的无桥功率因数校正电路已经可以实现峰值效率大于99％。尽管如此，上述方法仍存在共模干扰严重等问题。这些问题会干扰其他用电设备的正常工作，对自身电路系统的稳定性造成了破坏。与此同时，由电压型桥臂组合的变换器还存在直通的风险，必须通过增设死区来防止直通的发生，但这也降低了输入电流的波形质量。因此，在解决多电平共模问题的基础上，提出能够防止桥臂直通的功率因数校正装置对提高其可靠性具有重要的现实意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种双升压型级联功率因数校正电路及控制方法，在解决三电平级联无桥功率因数校正的共模问题的基础上，通过采用双Boost桥臂，来防止直通，增加系统可靠性。

一种双升压型级联功率因数校正电路，包括组成两条支路的6个桥臂、并联在两条支路之间的1个耦合电感，和2个滤波电容、2个负载电阻。

每条工频桥臂均有两个开关管，每条Boost桥臂含有一个开关管和二极管，Boost桥臂的组成形式为上开关管的源极与下二极管的阴极相连或上二极管的阳极与下开关管的漏极相连。

交流电源的正、负极性端分别与第一工频桥臂、第二工频桥臂的上开关管的源极连接。耦合电感左端并联在第一Boost桥臂上开关管的源极和第二Boost桥臂上二极管的阳极之间。耦合电感右端在第三Boost桥臂上二极管的阳极和第四Boost桥臂上开关管的源极之间。

滤波电容1的两端分别与上支路中的Boost桥臂3上二极管阴极与下开关管源极连接，滤波电容2的两端分别与下支路中的Boost桥臂4上开关管漏极与下二极管阳极连接，两个负载电阻分别并联在滤波电容1、2两端。

需要说明的是，本发明中所描述的上开关管、上二极管、下开关管和下二极管是如图中所示位置上的上下，便于区分不同开关管和二极管的连接关系。

其中，工频桥臂的开关管可选用Si MOSFET管，Boost桥臂的开关管选用SiCMOSFET管或GaN管，二极管选用SiC二极管。

本发明还提供了一种双升压型级联功率因数校正电路的控制方法，具体包括以下步骤：

步骤1、采集级联无桥双Boost型功率因数校正装置中，流经耦合电感的电流IL1、电流IL2，两个滤波电容两端的电压值VC1、VC2，和交流电源的瞬时电压值Vac。

步骤2、将交流电源的瞬时电压值Vac与零值比较，产生第一、第二工频桥臂的开关管控制信号V_control：

步骤3、将电压值VC1、VC2相加后，再与第一参考电压V₀相减，然后将计算结果通过PI调节器，再与交流电源的瞬时相位PH相乘后，得到电感电流参考信号。