本發(fā)明涉及功率因數(shù)校正技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種帶中線的三相pfc整流電路。

背景技術(shù)：

功率因數(shù)校正技術(shù)(powerfactorcorrectiontechnique)是電力電子學(xué)界和工業(yè)領(lǐng)域的一項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)，用于抑制諧波污染以降低高次電流諧波對(duì)電網(wǎng)及各用電設(shè)備造成的危害。隨著用電設(shè)備的增加，對(duì)電能變換器也提出了高效率、高功率密度和高功率因數(shù)的要求，因此，各種新型的pfc變換拓?fù)湟矐?yīng)運(yùn)而生。

目前，單相功率因數(shù)校正技術(shù)的研究比較多，在電路拓?fù)浜涂刂品矫娑枷喈?dāng)成熟，而三相功率因數(shù)校正的研究則相對(duì)較晚較少。近年來隨著pfc技術(shù)的研究的不斷深入，三相pfc日益引起人們的重視。功率因數(shù)校正技術(shù)分為無源功率因數(shù)校正和有源功率因數(shù)校正兩種。無源功率因數(shù)校正采用無源器件，例如lc濾波，雖然電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高，但是功率因數(shù)受電感取值的影響，最高只能達(dá)到0.95，且輸出電壓不可控，所以多數(shù)情況下不被采用。三相有源功率因數(shù)校正的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有buck、boost、buck-boost、flyback、sepic和cuk等，其中boost、buck一boost電路因具有升壓功能，可以保證輸入電壓在很寬的范圍變化時(shí)輸入電流的連續(xù)，故這兩種拓?fù)涮貏e適合pfc電路。從使用有源功率管的數(shù)量來看，三相pfc可分為兩類，一類是單開關(guān)結(jié)構(gòu)，一類是多開關(guān)結(jié)構(gòu)。三相單開關(guān)boost型pfc電路，為了實(shí)現(xiàn)三相之間的解藕，三個(gè)電感放在交流側(cè)，并工作于電流斷續(xù)模式，其特點(diǎn)是電流控制簡(jiǎn)單，但是該電路的輸入、輸出電流紋波較大，對(duì)濾波電流要求較高，輸出電壓過高，這給功率管的選取帶來了一定的困難，該電路一般應(yīng)用于輸出功率小于10kw以及對(duì)電流thd要求不嚴(yán)格的場(chǎng)合。三相多開關(guān)雖然能以較高的精度控制輸入電流，獲得優(yōu)異的性能，但是所需開關(guān)管數(shù)量多，驅(qū)動(dòng)和控制策略復(fù)雜，成本較高，適合于較大功率的場(chǎng)合。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種帶中線的三相pfc整流電路，該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用平均電流控制策略可實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正的目的。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種帶中線的三相pfc整流電路，包括帶中線的三相電壓源電路1、三相不控整流電路2和兩個(gè)對(duì)稱的boost電路3；其中，帶中線的三相電壓源電路1由a、b、c三相互成120°的三個(gè)正弦電壓源組成，a、b、c三相電壓源一端連在一起接中線，另一端分別與三相不控整流電路2相連；三相不控整流電路2由第一二極管d1、第二二極管d2、第三二極管d3、第四二極管d4、第五二極管d5、第六二極管d6組成，第一二極管d1的陽極與第四二極管d4的陰極相連構(gòu)成第一條串聯(lián)電路，第二二極管d2的陽極和第五二極管d5的陰極相連構(gòu)成第二條串聯(lián)電路，第三二極管d3的陽極和第六二極管d6的陰極相連構(gòu)成第三條串聯(lián)電路，以上三條串聯(lián)電路陰極與陰極相共，陽極與陽極相共構(gòu)成三相不控整流電路2，a相電壓源的另一端與第一條串聯(lián)電路的中點(diǎn)相連，b相電壓源的另一端與第二條串聯(lián)電路的中點(diǎn)相連，c相電壓源的另一端與第三條串聯(lián)電路的中點(diǎn)相連，abc三相的中線與兩個(gè)對(duì)稱的boost電路3相連；兩個(gè)對(duì)稱的boost電路3分別由一個(gè)輸入電感、一個(gè)功率開關(guān)管、一個(gè)二極管和一個(gè)電容組成，第一輸入電感l(wèi)1、第一功率開關(guān)管q1、第七二極管d7和第一輸出電容c1組成第一個(gè)boost電路；第二輸入電感l(wèi)2、第二功率開關(guān)管q2、第八二極管d8和第二輸出電容c2組成第二個(gè)boost電路，第一輸入電感l(wèi)1的一端與三相不控整流電路2的共陰極相連，另一端與第一功率開關(guān)管q1的漏極和第七二極管d7的陽極相連，第七二極管d7的陰極與第一輸出電容c1的正極相連，第一功率開關(guān)管q1的源極和第一輸出電容c1的負(fù)極與三相電壓源的中線相連，與之對(duì)稱，第二輸入電感l(wèi)2的一端與三相不控整流電路2的共陽極連在一起，另一端與第二功率開關(guān)管q2的源極和第八二極管d8的陰極相連，第八二極管d8的陽極與第二輸出電容c2的負(fù)極相連，第二功率開關(guān)管q2的漏極和第二輸出電容c2的正極與三相電壓源的中線相連。

優(yōu)選的，第一功率開關(guān)管q1和第二功率開關(guān)管q2可以是mosfet或igbt，輸出可以分別在兩個(gè)boost的輸出端接一致的負(fù)載，也可以不連接中線只接一個(gè)負(fù)載。

優(yōu)選的，三相輸入采用兩個(gè)對(duì)稱的三相半波整流電路，其共陰極對(duì)中線線電壓為三相輸入電壓正半周包絡(luò)線，共陽極對(duì)中線線電壓為三相輸入電壓負(fù)半周包絡(luò)線；控制兩個(gè)boost輸入電感電流分別跟隨線電壓正半周和負(fù)半周包絡(luò)線，最終三相相電流除過零點(diǎn)0°到30°、150°到180°外，都與相電壓保持相位一致。

本發(fā)明的有益效果為：(1)與三相l(xiāng)c濾波無源功率因數(shù)校正電路相比，功率因數(shù)較高，且輸出電壓可控；(2)與三相單開關(guān)功率因數(shù)校正電路相比，采用平均電流控制策略，電感電流工作于連續(xù)模式，輸入輸出電流紋波低，只需兩個(gè)電感，不需實(shí)現(xiàn)三相解耦，控制簡(jiǎn)單；(3)與三相多開關(guān)功率因數(shù)校正電路相比，功率開關(guān)器件少，驅(qū)動(dòng)和控制策略簡(jiǎn)單，節(jié)約成本，便于實(shí)現(xiàn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的控制環(huán)路示意圖。

圖3(a)是本發(fā)明的a相電壓電流仿真示意圖。

圖3(b)是本發(fā)明的b相電壓電流仿真示意圖。

圖3(c)是本發(fā)明的c相電壓電流仿真示意圖。

圖3(d)是本發(fā)明的三相半波整流共陰極線電壓線電流仿真示意圖。

圖3(e)是本發(fā)明的三相半波整流共陽極線電壓線電流仿真示意圖。

其中，ua-uc——三相電壓源；d1-d6——三相不控整流二極管；l1-l2——三相輸入電感；q1-q2——boost功率開關(guān)管；d7-d8——boost二極管；c1-c2——輸出濾波電容；ia-ic——三相相電流；u1——三相整流共陰極-中線線電壓；u2——三相整流共陽極-中線線電壓；il1——電感l(wèi)1輸入電流；il2——電感l(wèi)2輸入電流。

具體實(shí)施方式

如圖1和2所示，一種帶中線的三相pfc整流電路，包括帶中線的三相電壓源電路1、三相不控整流電路2和兩個(gè)對(duì)稱的boost電路3。其中，帶中線的三相電壓源電路1由a、b、c三相互成120°的三個(gè)正弦電壓源組成，a、b、c三相電壓源一端連在一起接中線，另一端分別與三相不控整流電路2相連。三相不控整流電路2由第一二極管d1、第二二極管d2、第三二極管d3、第四二極管d4、第五二極管d5、第六二極管d6組成。其中，第一二極管d1的陽極與第四二極管d4的陰極相連構(gòu)成第一條串聯(lián)電路，第二二極管d2的陽極和第五二極管d5的陰極相連構(gòu)成第二條串聯(lián)電路，第三二極管d3的陽極和第六二極管d6的陰極相連構(gòu)成第三條串聯(lián)電路，以上三條串聯(lián)電路陰極與陰極相共，陽極與陽極相共構(gòu)成三相不控整流電路2。其中，a相電壓源的另一端與第一條串聯(lián)電路的中點(diǎn)相連，b相電壓源的另一端與第二條串聯(lián)電路的中點(diǎn)相連，c相電壓源的另一端與第三條串聯(lián)電路的中點(diǎn)相連。abc三相的中線與兩個(gè)對(duì)稱的boost電路3相連。兩個(gè)對(duì)稱的boost電路3分別由一個(gè)輸入電感、一個(gè)功率開關(guān)管、一個(gè)二極管和一個(gè)電容組成。其中，第一輸入電感l(wèi)1、第一功率開關(guān)管q1、第七二極管d7和第一輸出電容c1組成第一個(gè)boost電路；第二輸入電感l(wèi)2、第二功率開關(guān)管q2、第八二極管d8和第二輸出電容c2組成第二個(gè)boost電路。其中，第一輸入電感l(wèi)1的一端與三相不控整流電路2的共陰極相連，另一端與第一功率開關(guān)管q1的漏極和第七二極管d7的陽極相連；第七二極管d7的陰極與第一輸出電容c1的正極相連；第一功率開關(guān)管q1的源極和第一輸出電容c1的負(fù)極與三相電壓源的中線相連。與之對(duì)稱，第二輸入電感l(wèi)2的一端與三相不控整流電路2的共陽極連在一起，另一端與第二功率開關(guān)管q2的源極和第八二極管d8的陰極相連；第八二極管d8的陽極與第二輸出電容c2的負(fù)極相連；第二功率開關(guān)管q2的漏極和第二輸出電容c2的正極與三相電壓源的中線相連。其中，所述的功率開關(guān)器件可以是mosfet或igbt，輸出可以分別在兩個(gè)boost的輸出端接一致的負(fù)載，也可以不連接中線只接一個(gè)負(fù)載。

三相輸入采用兩個(gè)對(duì)稱的三相半波整流電路，其共陰極對(duì)中線線電壓為三相輸入電壓正半周包絡(luò)線，共陽極對(duì)中線線電壓為三相輸入電壓負(fù)半周包絡(luò)線；控制兩個(gè)boost輸入電感電流分別跟隨線電壓正半周和負(fù)半周包絡(luò)線。最終三相相電流除過零點(diǎn)(0°到30°，150°到180°)外，都與相電壓保持相位一致，即實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正的目的，仿真結(jié)果顯示，該pfc功能可使功率因數(shù)達(dá)到0.97。

如圖3(a)、3(b)、3(c)、3(d)、3(e)所示，圖3(a)為三相輸入a相電壓ua和電流ia，圖3(b)為三相輸入b相電壓ub和電流ib，圖3(c)為三相輸入c相電壓uc和電流ic，圖3(d)為三相半波整流共陰極線電壓u1和線電流il1，圖3(e)為三相半波整流共陽極線電壓u2和線電流il2。從圖3(a)、(b)、(c)中可以看出三相電流除過零點(diǎn)外與三相相電壓保持同相位，從圖3(d)、(e)中可以看出三相半波整流線電流與線電壓保持相位一致，即實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)。

本發(fā)明提供的一種簡(jiǎn)單的帶中線的三相pfc整流電路，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于控制，且能獲得較高功率因數(shù)，與其他相關(guān)電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相比，展現(xiàn)出了一定的優(yōu)勢(shì)，是一種高功率密度，高功率因數(shù)，高效率的開關(guān)電源。

盡管本發(fā)明就優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了示意和描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，只要不超出本發(fā)明的權(quán)利要求所限定的范圍，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種變化和修改。