專利名稱：復(fù)合有源箝位三相交流－直流功率因數(shù)校正變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及交流-直流變換器，尤其是復(fù)合有源箝位三相功率因數(shù)校正變換器。
背景技術(shù)：
目前的三相交流-直流功率因數(shù)校正變換器如圖1所示，它包括由六個反并聯(lián)有二極管的全控主開關(guān)S1～S6構(gòu)成的三相橋臂，分別接在電源與各相橋臂中點之間的輸入電感LA～LC和接于三相橋臂輸出端的輸出電容Co。這種三相交流-直流功率因數(shù)校正變換器能夠?qū)崿F(xiàn)輸入電流功率因數(shù)校正，但電路工作在硬開關(guān)狀態(tài)，存在著二極管的反向恢復(fù)問題，器件開關(guān)損耗大，限制了工作頻率的提高，降低了電路效率并且存在較大的電磁干擾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可以抑制二極管的反向恢復(fù)電流，減小開關(guān)損耗，提高電路效率，減少電磁干擾并實現(xiàn)軟開關(guān)的復(fù)合有源箝位三相交流-直流功率因數(shù)校正變換器。
本發(fā)明的復(fù)合有源箝位三相交流-直流功率因數(shù)校正變換器，包括由六個反并聯(lián)有二極管的全控主開關(guān)構(gòu)成的三相橋臂，分別接在電源與各相橋臂中點之間的輸入電感和接于三相橋臂輸出端的輸出電容，其特征是三相橋臂的六個主開關(guān)分別并聯(lián)電容，在三相橋臂的直流母線和輸出電容之間接入諧振電感，并在諧振電感兩端跨接由反并聯(lián)有二極管的輔助開關(guān)與箝位電容相串聯(lián)的電路，在輔助開關(guān)兩端并聯(lián)電容。
本發(fā)明與現(xiàn)有的基于諧振直流環(huán)節(jié)軟開關(guān)三相交流-直流功率因數(shù)校正變換器的區(qū)別是變換器中所有的開關(guān)頻率都是固定的，輔助開關(guān)工作頻率與主開關(guān)的頻率相同。變換器通過復(fù)合有源箝位支路實現(xiàn)主開關(guān)和輔助開關(guān)的零電壓開關(guān)(ZVS)。變換器采用空間矢量的控制方式，在一個工頻周期內(nèi)，變換器的控制可以分為12個扇區(qū)。
本發(fā)明的復(fù)合有源箝位三相交流-直流功率因數(shù)校正變換器結(jié)構(gòu)簡單，變換器中全控開關(guān)的反并聯(lián)二極管的反向恢復(fù)得到抑制，減少了電磁干擾。電路中所有功率開關(guān)器件實現(xiàn)軟開關(guān)，從而減小了開關(guān)損耗，可以提高電路效率，有利于提高工作頻率，進而提高功率密度。該變換器的電路能夠?qū)崿F(xiàn)對輸出電容電壓控制，實現(xiàn)輸入電流的功率因數(shù)校正功能?？捎糜诟鞣N電源中前級整流裝置。


圖1是現(xiàn)有的三相交流-直流功率因數(shù)校正變換器；圖2是本發(fā)明的一種具體電路圖；圖3是本發(fā)明的另一種具體電路圖；圖4是一個工頻周期內(nèi)12個工作扇區(qū)的劃分示意圖；圖5是一個工頻周期內(nèi)12個工作扇區(qū)的空間矢量圖；圖6是變換器在扇區(qū)2中開關(guān)的脈沖控制時序圖；圖7是本發(fā)明電路工作時的主要電壓和電流波形；圖8是本發(fā)明對應(yīng)圖7所示t0-t1階段的電路工作狀態(tài)示意圖；圖9是本發(fā)明對應(yīng)圖7所示t1-t2階段的電路工作狀態(tài)示意圖；圖10是本發(fā)明對應(yīng)圖7所示t2-t3階段的電路工作狀態(tài)示意圖；圖11是本發(fā)明對應(yīng)圖7所示t3-t4階段的電路工作狀態(tài)示意圖；圖12是本發(fā)明對應(yīng)圖7所示t4-t5階段的電路工作狀態(tài)示意圖；圖13是本發(fā)明對應(yīng)圖7所示t5-t6階段的電路工作狀態(tài)示意圖；圖14是本發(fā)明對應(yīng)圖7所示t6-t7階段的電路工作狀態(tài)示意圖；圖15是本發(fā)明對應(yīng)圖7所示t7-t8階段的電路工作狀態(tài)示意圖。
具體實施例方式
參照圖2，本發(fā)明的復(fù)合有源箝位三相交流-直流功率因數(shù)校正變換器包括由六個反并聯(lián)有二極管的全控主開關(guān)S1～S6構(gòu)成的三相橋臂，分別接在電源與各相橋臂中點之間的輸入電感LA～LC和接于三相橋臂輸出端的輸出電容Co，其特征是三相橋臂的六個主開關(guān)S1～S6分別并聯(lián)電容C1～C6，圖示具體實例中，在三相橋臂的正極母線與輸出電容Co正端接入諧振電感Lr，并在諧振電感Lr兩端跨接由反并聯(lián)有二極管的輔助開關(guān)S7與箝位電容Cc相串聯(lián)的電路，輔助開關(guān)S7兩端并聯(lián)電容C7。圖3所示實例中，是在三相橋臂的負極母線與輸出電容負端接入諧振電感Lr，并在諧振電感Lr兩端跨接由反并聯(lián)有二極管的輔助開關(guān)S7與箝位電容Cc相串聯(lián)的電路，輔助開關(guān)S7兩端并聯(lián)電容C7。
復(fù)合有源箝位三相交流-直流功率因數(shù)校正變換器采用空間矢量控制。在一個工頻周期內(nèi)，變換器的控制可以分為12個扇區(qū)。如圖4和圖5所示。變換器控制在各扇區(qū)都是類似的。變換器中的六個主開關(guān)和輔助開關(guān)由固定開關(guān)頻率的空間矢量PWM控制器所控制。
以下以圖2所示的復(fù)合有源箝位三相功率因數(shù)校正變換器為例，詳細描述其工作過程。對于三相功率因數(shù)校正變換器，在輸入電流一個工頻周期的12個扇區(qū)中，其工作過程是類似的，這里就以扇區(qū)2中的一個開關(guān)周期為例進行分析，變換器在扇區(qū)2中開關(guān)的脈沖控制時序如圖6所示。在一個開關(guān)工作周期內(nèi)，變換器共有8個工作狀態(tài)。工作時的主要電壓和電流波形如圖7所示。
階段1(t0-t1)(參見圖8)主開關(guān)S1、S2、S6和輔助開關(guān)S7處于導(dǎo)通。在此階段中，電感LA、LB、LC中的能量向負載輸送，電感LA、LB、LC中電流的絕對值在減小。由諧振電感Lr，箝位電容Cc和輔助開關(guān)S7組成的諧振回路中，諧振電感Lr的電流在增大。
階段2(t1-t2)(參見圖9)t1時刻，輔助開關(guān)S7關(guān)斷，諧振電感Lr給主開關(guān)S3、S5、S4的并聯(lián)電容放電。到t2時刻，三個開關(guān)的并聯(lián)電容電壓到零。開關(guān)的體內(nèi)二極管開始導(dǎo)通。t2時刻，主開關(guān)S3、S5的驅(qū)動加上，兩個開關(guān)均為軟開關(guān)。到t2時刻，輔助開關(guān)S7上的電壓被箝位為Vo+Vcc。
階段3(t2-t3)(參見圖10)此階段為主開關(guān)S4、S6、S2的反并二極管反向恢復(fù)階段。到t3時刻，諧振電感電流變?yōu)樽钚≈怠?br> 階段4(t3-t4)(參見圖11)t3時刻，主開關(guān)S4、S6、S2的反并聯(lián)二極管關(guān)斷，兩端電容電壓開始增加。輔助開關(guān)S7兩端并聯(lián)電容電壓減小，到t4時刻，S7體內(nèi)二極管導(dǎo)通。S7在零電壓條件下導(dǎo)通。
階段5(t4-t5)(參見圖12)到t4時刻，主開關(guān)S4、S6、S2的反向恢復(fù)完成。由諧振電感Lr，箝位電容Cc和輔助開關(guān)S7組成的諧振回路中，諧振電感Lr在給箝位電容Cc充電。
階段6(t5-t6)(參見圖13)到t5時刻，主開關(guān)S5關(guān)斷，電感LC中的電流給主開關(guān)S5的并聯(lián)電容C5充電，給主開關(guān)S2的并聯(lián)電容C2放電，由于S5的并聯(lián)電容的存在，S5的關(guān)斷損耗得到減少。
階段7(t6-t7)(參見圖14)到t6時刻，主開關(guān)S2的體內(nèi)二極管導(dǎo)通，此時，由諧振電感Lr，箝位電容Cc和輔助開關(guān)S7組成的諧振回路中，諧振電感Lr的電流在減小。
階段8(t7-t8)(參見圖15)
到t7時刻，主開關(guān)S3關(guān)斷，電感LB中的電流給主開關(guān)S5的并聯(lián)電容C3充電，給主開關(guān)S6的并聯(lián)電容C6放電，由于S3并聯(lián)電容的存在，S3的關(guān)斷損耗得到減少。到t8時刻，S3關(guān)斷，主開關(guān)S6的體內(nèi)二極管導(dǎo)通，與階段1重合。電路重復(fù)下一個周期。
權(quán)利要求
1.復(fù)合有源箝位三相交流-直流功率因數(shù)校正變換器，包括由六個反并聯(lián)有二極管的全控主開關(guān)(S1～S6)構(gòu)成的三相橋臂，分別接在電源與各相橋臂中點之間的輸入電感(LA～LC)和接于三相橋臂輸出端的輸出電容(Co)，其特征是三相橋臂的六個主開關(guān)(S1～S6)分別并聯(lián)電容(C1～C6)，在三相橋臂的直流母線和輸出電容(Co)之間接入諧振電感(Lr)，并在諧振電感(Lr)兩端跨接由反并聯(lián)有二極管的輔助開關(guān)(S7)與箝位電容(Cc)相串聯(lián)的電路，在輔助開關(guān)(S7)兩端并聯(lián)電容(C7)。
全文摘要
本發(fā)明的復(fù)合有源箝位三相交流－直流功率因數(shù)校正變換器包括由六個反并聯(lián)有二極管的全控主開關(guān)構(gòu)成的三相橋臂，分別接在電源與各相橋臂中點之間的輸入電感和接于三相橋臂輸出端的輸出電容，其特征是三相橋臂的六個主開關(guān)分別并聯(lián)電容，在三相橋臂的直流母線和輸出電容之間接入諧振電感，并在諧振電感兩端跨接由反并聯(lián)有二極管的輔助開關(guān)與箝位電容相串聯(lián)的電路，在輔助開關(guān)兩端并聯(lián)電容。該變換器結(jié)構(gòu)簡單，變換器中全控開關(guān)的反并聯(lián)二極管的反向恢復(fù)得到抑制，減少了電磁干擾。電路中所有功率開關(guān)器件實現(xiàn)軟開關(guān)，開關(guān)損耗小，電路效率高，有利于提高工作頻率，進而提高功率密度。該變換器可用于各種電源中前級整流裝置。
文檔編號H02M1/14GK1564447SQ20041001781
公開日2005年1月12日 申請日期2004年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月13日
發(fā)明者徐德鴻, 馮波, 徐君 申請人:浙江大學(xué)