本發(fā)明專利屬于電力電子領(lǐng)域，尤其是涉及一種三相功率因數(shù)校正變換電路。

背景技術(shù)：

目前大功率一次電源的前級(jí)常用普通三相維也納功率因數(shù)校正電路，一般的交錯(cuò)并聯(lián)pfc技術(shù)中的升壓電感兩端承受400v峰值電壓，電感紋波電流較大，雙向開關(guān)管的電流有效值也較大，所以功率密度和轉(zhuǎn)換效率都受到限制。

交錯(cuò)維也納功率因數(shù)變換器采用耦合電感或自耦變壓器后，雖然解決了現(xiàn)有技術(shù)轉(zhuǎn)換效率和功率密度較低的問題，但是由于交錯(cuò)功率因數(shù)校正電路不可能做到完全對(duì)稱一致，且外部環(huán)境的變化也會(huì)引起一些不一致性，導(dǎo)致功率因數(shù)校正變換器存在一定的直流偏置電流，如果不加以解決，磁性元件將存在飽和的風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種新型三相功率因數(shù)校正變換器，解決了目前交錯(cuò)功率因數(shù)校正變換器電路中存在的直流偏置電流導(dǎo)致磁性器件飽和的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)達(dá)到高功率密度和轉(zhuǎn)換效率的技術(shù)要求。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

一種新型三相功率因數(shù)校正變換器，其特征在于，所述變換器對(duì)于每一相均設(shè)有升壓電感、自耦變壓器、隔直電容、雙向開關(guān)；所述變換器還包括u相整流電路、v相整流電路、w相整流電路和母線電容；

對(duì)于每一相，升壓電感的繞組后端各與所述自耦變壓器的兩個(gè)繞組一一對(duì)應(yīng)連接，升壓電感的繞組前端連接至三相交流輸入電網(wǎng)的一端；所述自耦變壓器的后端分別與所述雙向開關(guān)的前端一一對(duì)應(yīng)連接，所述雙向開關(guān)的后端連接至母線電容的中間節(jié)點(diǎn)；所述隔直電容的一端與升壓電感和自耦變壓器的其中一個(gè)連接點(diǎn)相連，所述隔直電容的另一端與升壓電感和自耦變壓器的另一連接點(diǎn)相連；所述雙向開關(guān)的前端與整流電路的中間節(jié)點(diǎn)相連，所述雙向開關(guān)的后端連接至所述母線電容的中間節(jié)點(diǎn)；

所述u相整流電路包含兩組兩個(gè)同向串聯(lián)的二極管，且所述中間節(jié)點(diǎn)各位于所述兩組兩個(gè)二極管之間，所述u相整流電路的兩端分別與母線電容的兩端相連；所述v相整流電路包含兩組兩個(gè)同向串聯(lián)的二極管，且所述中間節(jié)點(diǎn)各位于所述兩組兩個(gè)二極管之間，所述v相整流電路的兩端分別與母線電容的兩端相連；所述w相整流電路包含兩組兩個(gè)同向串聯(lián)的二極管，且所述中間節(jié)點(diǎn)各位于所述兩組兩個(gè)二極管之間，所述w相整流電路的兩端分別與母線電容的兩端相連。

本發(fā)明實(shí)施例中的三相功率因數(shù)校正變換器，每一相由升壓電感、隔直電容、自耦變壓器、雙向開關(guān)、組成了三態(tài)開關(guān)單元電路，三種工作狀態(tài)如下：兩組雙向開關(guān)同時(shí)導(dǎo)通、同時(shí)關(guān)斷、一組導(dǎo)通一組關(guān)斷。在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，升壓電感的紋波頻率是開關(guān)頻率的兩倍，這樣可以將電感量減少一半，提高功率密度。

進(jìn)一步地，每一相所述雙向開關(guān)為兩組。

進(jìn)一步地，所述升壓電感的每個(gè)繞組匝數(shù)相等。

進(jìn)一步地，所述自耦變壓器的每個(gè)繞組匝數(shù)相等。

進(jìn)一步地，所述升壓電感的選擇范圍包括兩個(gè)分立電感或一個(gè)含兩繞組的耦合電感。

進(jìn)一步地，所述雙向開關(guān)的選擇范圍包括mos或晶體三極管。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的三相功率因數(shù)校正變換器技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)：由于隔直電容的存在，自耦變壓器兩個(gè)繞組通過隔直電容連接，解決了交錯(cuò)功率因數(shù)校正變換器中由于電路不一致性導(dǎo)致的偏磁風(fēng)險(xiǎn)；另一方面，變換器從結(jié)構(gòu)上完全對(duì)稱，可以有效減小系統(tǒng)中的差模噪聲，對(duì)改善emi干擾有很大好處；升壓電感采用耦合電感，還具有自動(dòng)均衡交錯(cuò)電感電流的能力。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例所提供的三相功率因數(shù)校正變換器連接結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例所提供的三相功率因數(shù)校正變換器中雙向開關(guān)的一種方案的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例所提供的三相功率因數(shù)校正變換器中雙向開關(guān)的一種方案的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明專利做進(jìn)一步說明，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。

實(shí)施例1：

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例所提供的三相功率因數(shù)校正變換器對(duì)于每一相具有隔直電容、升壓電感l(wèi)，升壓電感l(wèi)的選擇范圍包括兩個(gè)分立電感或一個(gè)含兩繞組的耦合電感，每相升壓電感與自耦變壓器的繞組一一對(duì)應(yīng)，其中一個(gè)連接點(diǎn)連接至隔直電容的一端，另一連接點(diǎn)連接至隔直電容的另一端。其中：

對(duì)應(yīng)u相，隔直電容的標(biāo)號(hào)為c1，升壓電感的標(biāo)號(hào)為l1,自耦變壓器的標(biāo)號(hào)為t1,q1、q2為一組雙向開關(guān)，q3、q4為另一組雙向開關(guān)。q1、q2、q3、q4可以是mosfet或晶體三極管。q1、q2的源極連接在一起，q3、q4的源極連接在一起。

對(duì)應(yīng)v相，隔直電容的標(biāo)號(hào)為c2，升壓電感的標(biāo)號(hào)為l2,自耦變壓器的標(biāo)號(hào)為t2,q5、q6為一組雙向開關(guān)，q7、q8為另一組雙向開關(guān)。q5、q6、q7、q8可以是mosfet或晶體三極管。q5、q6的源極連接在一起，q7、q8的源極連接在一起。

對(duì)應(yīng)w相，隔直電容的標(biāo)號(hào)為c3，升壓電感的標(biāo)號(hào)為l3,自耦變壓器的標(biāo)號(hào)為t3,q9、q10為一組雙向開關(guān)，q11、q12為另一組雙向開關(guān)。q9、q10、q11、q12可以是mosfet或晶體三極管。q9、q10的源極連接在一起，q11、q12的源極連接在一起。

以三相交流輸入正半周的u相為例，以下具體說明三種開關(guān)狀態(tài)下的工作原理。

狀態(tài)一：雙向開關(guān)的驅(qū)動(dòng)電路相位差180°，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路的工作占空比大于0.5時(shí)，雙向開關(guān)存在同時(shí)導(dǎo)通的情況，此時(shí)，自耦變壓器t1的兩個(gè)繞組被兩組雙向開關(guān)短路，三相交流輸入直接對(duì)升壓電感l(wèi)1充電，電感電流上升。

狀態(tài)二：當(dāng)兩組雙向開關(guān)處于一組導(dǎo)通、另一組關(guān)斷的狀態(tài)時(shí)，自耦變壓器t1的兩個(gè)繞組分別通過u相整流電路和母線電容的中間節(jié)點(diǎn)相連，兩個(gè)繞組流過的電流相等，自耦變壓器t1兩個(gè)繞組壓降分別為母線電壓的一半。此時(shí)，升壓電感l(wèi)1、自耦變壓器t1與一組雙向開關(guān)導(dǎo)通相連的繞組與三相交流輸入連接，該繞組上的電流回饋至三相交流輸入；三相交流輸入與升壓電感l(wèi)1、自耦變壓器t1與另一組雙向開關(guān)關(guān)斷相連的繞組，通過u相整流電路給負(fù)載供電，并給母線電容c4、c5充電，升壓電感l(wèi)1可能處于充電狀態(tài)，也可能處于放電狀態(tài)，這取決于三相交流輸入的瞬時(shí)電壓值。

狀態(tài)三：當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路的工作占空比小于0.5時(shí)，兩組雙向開關(guān)存在同時(shí)關(guān)斷的情況，此時(shí)，自耦變壓器t1的兩個(gè)繞組被短路，升壓電感l(wèi)1處于放電狀態(tài)；此時(shí)，三相交流輸入分別通過升壓電感l(wèi)1和自耦變壓器t1兩個(gè)繞組、u相整流電路給負(fù)載提供電壓，并給母線電容c4、c5充電。

自耦變壓器的兩個(gè)繞組與升壓電感連接點(diǎn)通過隔直電容相連，使導(dǎo)致連接點(diǎn)電壓漂移的電流在隔直電容上積累形成直流電壓量，依靠隔直電容積累的電壓量，調(diào)節(jié)自耦變壓器兩個(gè)繞組的工作電壓，使連接點(diǎn)電壓漂移量得到抑制，防止自耦變壓器在上述三種工作狀態(tài)下發(fā)生磁飽和。

在三相交流輸入負(fù)半周的u相中，三態(tài)開關(guān)電路也有上述三種工作狀態(tài)，其工作原理與正半周的工作狀態(tài)相同，只是在三態(tài)開關(guān)電路中的電流方向相反，電流在各整流電路流經(jīng)的二極管不同。

更進(jìn)一步，自耦變壓器兩個(gè)繞組在工作狀態(tài)二的情況下，兩個(gè)繞組各承受母線電壓的一半，削弱了噪聲源；同時(shí)，變換器從結(jié)構(gòu)上完全對(duì)稱，可以減小差模噪聲；實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明，本發(fā)明實(shí)施例的emi噪聲大大減小，有利于濾波器的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)。

更進(jìn)一步，由于器件本身參數(shù)、寄生參數(shù)以及在環(huán)境變化時(shí)的參數(shù)不完全一致等原因，會(huì)造成每路電感電流的偏差，如果升壓電感為耦合電感時(shí)，有助于功率因數(shù)校正變換器并聯(lián)時(shí)的均流性能。

實(shí)施例2：

如圖2所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，其不同點(diǎn)在于：雙向開關(guān)的實(shí)施方式采用了二極管和mos管的一種組合形式實(shí)現(xiàn)雙向開關(guān)。

實(shí)施例3：

如圖3所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，其不同點(diǎn)在于：雙向開關(guān)的實(shí)施方式采用了二極管和mos管的另一種組合形式實(shí)現(xiàn)雙向開關(guān)。

上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。