一種基于無(wú)橋cuk隔離型三相功率因數(shù)校正變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及三相交流電的功率因數(shù)校正領(lǐng)域，尤其涉及一種升降壓和隔離輸入輸 出的三相功率因數(shù)校正變換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 開關(guān)電源變換器的功率大于75W在接入電網(wǎng)前級(jí)加入功率因數(shù)校正變換器，從而 減少諧波對(duì)電網(wǎng)的污染。在中、大功率（幾千瓦以上）應(yīng)用場(chǎng)合，一般情況下采用三相電源 供電。采用傳統(tǒng)的三相不控整流器整流會(huì)使輸入電流產(chǎn)生畸變，諧波含量增加，威脅電網(wǎng)的 安全運(yùn)行。廣泛應(yīng)用的三相BOOST結(jié)構(gòu)的PWM整流器輸出電壓高達(dá)500V以上，這對(duì)后級(jí)負(fù) 載的電壓應(yīng)力要求很高，在要求低電壓輸出時(shí)，輸出端加一級(jí)DC/DC變換器降壓之后給最 終的負(fù)載供電，這就增加了電源設(shè)計(jì)的成本和難度，降低整機(jī)效率。三相BUCK結(jié)構(gòu)的PWM 整流電路可以實(shí)現(xiàn)降壓，但是不能實(shí)現(xiàn)升壓，在要求高壓輸出時(shí)，輸出端加DC/DC變換器， 這就增加了電源設(shè)計(jì)的成本和難度，降低整機(jī)效率。無(wú)論是三相BOOST結(jié)構(gòu)的PWM整流電 路還是三相BUCK結(jié)構(gòu)的PWM整流電路均不能夠?qū)崿F(xiàn)電氣隔離。三相BUCK-BOOST PWM整流 電路雖然能夠?qū)崿F(xiàn)升降壓，但是不能夠?qū)崿F(xiàn)電氣隔離，將后級(jí)負(fù)載的干擾傳輸?shù)捷斎虢涣?電源側(cè)，加大了功率因數(shù)校正的難度。倘若直接用傳統(tǒng)的三個(gè)單級(jí)非隔離型BOOST并聯(lián)在 三相上，則存在相與相之間的環(huán)流，影響到非隔離型BOOST變換器的工作。每相由非隔離型 BOOST和后級(jí)隔離DC/DC變換器組成的雙級(jí)結(jié)構(gòu)并聯(lián)成的三相功率因數(shù)校正變換器，雖然 具有升降壓和隔離的功能，但是由于需要設(shè)計(jì)兩級(jí)電路，整機(jī)效率低，且每級(jí)電路都需要控 制電路，這就增加了設(shè)計(jì)成本和難度。對(duì)于傳統(tǒng)的CUK和SEPIC隔離型變換器也可以實(shí)現(xiàn) 三相并聯(lián)，但是由于前級(jí)一般采用不控二極管整流橋，每半個(gè)工頻周期均有兩個(gè)二極管導(dǎo) 通且存在整流二極管的反向恢復(fù)問題，采用二極管不控整流橋與傳統(tǒng)隔離型CUK和SEPIC 變換器中開關(guān)管是硬開關(guān)開通，開關(guān)管的損耗大，這都降低了整機(jī)的工作效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于無(wú)橋CUK隔離型三相 功率因數(shù)校正變換器，具體技術(shù)方案如下。
[0004] -種基于無(wú)橋CUK隔離型三相功率因數(shù)校正變換器，其包括星形連接的三相交流 電源、三個(gè)結(jié)構(gòu)一樣的無(wú)橋CUK隔離型變換器、輸出濾波電容和負(fù)載，三個(gè)所述無(wú)橋CUK隔 離型變換器的輸入端分別各自與三相交流電源的A相、B相、C相電壓連接，三個(gè)所述無(wú)橋 CUK隔離型變換器通過互連端相互連接；三個(gè)所述無(wú)橋CUK隔離型變換器的輸出端接輸出 濾波電容的兩端，輸出濾波電容的兩端接負(fù)載。
[0005] 進(jìn)一步地，所述三個(gè)結(jié)構(gòu)一樣的無(wú)橋CUK隔離型變換器中，每個(gè)無(wú)橋CUK隔離型變 換器包括輸入電感、第一原邊二極管和第二原邊二極管、第一開關(guān)管和第二開關(guān)管、原邊電 容、高頻變壓器、副邊電容、副邊二極管和副邊電感組成，其中輸入電感的一端作為無(wú)橋CUK 隔離型變換器的輸入端，輸入電感的另一端接第一原邊二極管的陽(yáng)極和第二原邊二極管的 陰極，第一原邊二極管的另一端與第一開關(guān)管源極和原邊電容的一端連接；第一開關(guān)管的 漏極與第二開關(guān)管的源極連接，并在連接點(diǎn)處引出一端作為互聯(lián)端，與另外的變換器相連； 原邊電容的另一端與高頻變壓器的原邊同名端連接；第二原邊二極管的陽(yáng)極與第二開關(guān)管 的漏極和高頻變壓器的原邊非同名端連接；高頻變壓器的副邊非同名端與副邊電容的一端 相連；副邊電容的另一端與副邊二極管的陰極和副邊電感的一端相連接；副邊電感的另一 端作為輸出端的正極端，并與輸出濾波電容和負(fù)載正極端相連接；高頻變壓器的副邊同名 端與副邊二極管的陽(yáng)極連接，并在此連接點(diǎn)處引出一端作為輸出端的共地端。
[0006] 進(jìn)一步地，三個(gè)無(wú)橋CUK隔離型變換器中的每個(gè)變換器具有單獨(dú)的控制器或由同 一控制器同時(shí)控制。
[0007] 進(jìn)一步地，負(fù)載為純電阻性負(fù)載、阻感性負(fù)載、阻容性負(fù)載或開關(guān)變換器。
[0008] 進(jìn)一步地，所有二極管為普通二極管、功率二極管、晶閘管或全控型開關(guān)管。
[0009] 進(jìn)一步地，所有開關(guān)管為MOSFET、帶有寄生反并聯(lián)二極管IGBT或反并聯(lián)二極管的 單向?qū)ǖ拈_關(guān)管。
[0010] 與現(xiàn)有的技術(shù)相比較，本發(fā)明具有的優(yōu)勢(shì)為：實(shí)現(xiàn)接近于1的功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)輸入 電壓的升降壓，滿足后級(jí)負(fù)載的多種電氣要求，輸入交流電源側(cè)與輸出負(fù)載端的電氣隔離。 當(dāng)三個(gè)變換器均工作在斷續(xù)模式下時(shí)，本發(fā)明只需要一個(gè)電壓環(huán)就可以控制三個(gè)隔離變換 器，即可實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正。這相對(duì)于傳統(tǒng)的BOOST PWM整流電路，控制方法很簡(jiǎn)單。前級(jí) 采用的兩個(gè)開關(guān)管代替了整流橋中的二極管，在輸入電源的正半周，每個(gè)變換器的上開關(guān) 管S l iQ = 1，2, 3)實(shí)現(xiàn)零電流開通，下開關(guān)管S2 i (i = 1，2, 3)實(shí)現(xiàn)零電壓開通，整機(jī)的效 率較高。本發(fā)明提出的一種基于無(wú)橋CUK隔離型三相功率因數(shù)校正變換器中的三個(gè)變換器 結(jié)構(gòu)一樣，參數(shù)一樣，且減少了整機(jī)的設(shè)計(jì)難度和成本，在工業(yè)化流水線生產(chǎn)中具有很大的 優(yōu)勢(shì)。
【附圖說明】
[0011] 圖1為一種基于無(wú)橋CUK隔離型三相功率因數(shù)校正變換器的結(jié)構(gòu)圖。
[0012] 圖2為一個(gè)工頻周期的三相交流電波形圖。
[0013] 圖3為六個(gè)開關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)三相功率因數(shù)校正變換器工作原理圖。
[0014] 圖4為六個(gè)開關(guān)管關(guān)斷，副邊二極管ID3」(i = 1，2, 3)都不為零時(shí)變換器的工作原 理圖。
[0015] 圖5為六個(gè)開關(guān)管關(guān)斷，副邊二極管電流ID3= 1，3)不為零，ID3 2為零時(shí)變換 器的工作原理圖。
[0016] 圖6為六個(gè)開關(guān)管關(guān)斷，副邊二極管電流Id3 3不為零，ID3」（i = 1，2)為零時(shí)變換 器的工作原理圖。
[0017] 圖7為六個(gè)開關(guān)管關(guān)斷，副邊二極管ID3」(i = 1，2, 3)都為零時(shí)變換器的工作原理 圖。
[0018] 圖8為本發(fā)明實(shí)施例設(shè)計(jì)為400V時(shí)的輸入電感電流和輸出電壓波形。
[0019] 圖9為無(wú)橋CUK隔離型變換器（3)的上下兩個(gè)開關(guān)管的電壓和電流放大150倍波 形。
[0020] 圖10為每個(gè)輸入電感電流和對(duì)應(yīng)的交流相電壓波形。
[0021] 圖11為截取模態(tài)5的一小段對(duì)應(yīng)的三相交流電壓波形和三個(gè)副邊二極管電流波 形。 具體實(shí)施方案
[0022] 為進(jìn)一步闡述本發(fā)明的內(nèi)容和特點(diǎn)，以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方案進(jìn)行 具體說明，但本發(fā)明的實(shí)施和保護(hù)不限于此，以下若有未特別詳細(xì)說明之處，均是本領(lǐng)域技 術(shù)人員可采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。
[0023] 本發(fā)明的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，作為實(shí)施例提供一種基于無(wú)橋CUK隔離型三 相功率因數(shù)校正變換器，包括星形連接的三相交流電源、三個(gè)結(jié)構(gòu)一樣的無(wú)橋CUK隔離型 變換器、輸出濾波電容和負(fù)載。第i (i = 1，2, 3)個(gè)無(wú)橋CUK隔離型變換器由輸入電感L1」、 原邊二極管D1」和D 2 i、開關(guān)管S1」和S 2 i、原邊電容C1」、高頻變壓器Tp副邊電容C2」、副邊 二極管D 3i和副邊電感L2i組成。所有的二極管可以是普通二極管、功率二極管和晶閘管和 全控型開關(guān)管，所有的開關(guān)管可以是MOSFET和單向?qū)ǖ拈_關(guān)并聯(lián)二極管。A相電壓通過 輸入電感L 1」接到原邊二極管D u陽(yáng)極和原邊二極管D 21陰極連接的節(jié)點(diǎn)，B相電壓通過輸 入電感L1 2接到原邊二極管D 12陽(yáng)極和原邊二極管D 2 2陰極連接的節(jié)點(diǎn)，C相電壓通過輸入 電感L1 3接到原邊二極管D 13陽(yáng)極和原邊二極管D 2 3陰極連接的節(jié)點(diǎn)。第一無(wú)橋CUK隔離 型變換器1的開關(guān)管S1」和開關(guān)管S 21之間的節(jié)點(diǎn)、第二無(wú)橋CUK隔離型變換器2的開關(guān)管 S1 2和開關(guān)管S 2 2之間的節(jié)點(diǎn)和第三無(wú)橋CUK隔離型變換器3的開關(guān)管S 13和開關(guān)管S 2 3之 間的節(jié)點(diǎn)相互連接。高頻變壓器Ti (i = 1，2, 3)的原邊繞組的同名端分別連接在原邊電容 C1」(i = 1，2, 3)，副邊繞組的異名端連接在副邊電容C2 i (i = 1，2, 3)的一端。
[0024] 原邊電容C1」和副邊電容C2」(i = 1，2,3)都是無(wú)極性電容。副邊電感L2」(i = 1，2, 3) -端連接副邊電容C2」（i = 1，2, 3)，一端相互連接在一起之后接到濾波電容和負(fù) 載。濾波電容(；^是大容量的電容。負(fù)載可以是純電阻負(fù)載、阻感性負(fù)載、容性負(fù)載和開關(guān) 變換器。本發(fā)明實(shí)施例中每個(gè)無(wú)橋CUK隔離型變換器工作在斷續(xù)模式狀態(tài)下，采用一個(gè)電 壓環(huán)控制器控制三個(gè)無(wú)橋CU