一种三开关管三相PFC电路控制方法及系列拓扑结构技术

本发明专利技术属于电路技术领域，公开了一种带耦合集成电感的三开关管三相PFC电路控制方法及系列拓扑结构，列拓扑结构包括：三相整流桥电路、耦合集成的PFC电感、PFC双向功率开关器件；常规整流电路因为整流后要输出平稳直流，造成整流二极管存在导通盲区；在该盲区，通过导通该相的双向功率开关管，使V

【技术实现步骤摘要】
一种三开关管三相PFC电路控制方法及系列拓扑结构
本专利技术属于电路
，尤其涉及一种三开关管三相PFC电路控制方法及系列拓扑结构。
技术介绍
目前，最接近的现有技术：三相功率因数校正(PFC)电路有单开关管、两开关管、三开关管、六开关管等多种拓扑结构。在小功率范围内，单开关管应用比较普遍，在大功率、能量双向流动时，六开关管应用更多一些。三开关管在中、大功率、能量单向流动的场合也有应用。综上所述，现有技术存在的问题是：常规整流电路因为整流后要输出平稳直流，造成整流二极管存在导通盲区(一般对应相电压的(0-30°)和(150°-180°)区间)。对于单开关管，一般工作在断续(DCM)模式，电流应力大，在Buck三相PFC中，输出电压较低，(Vll为线电压，Vo为输出的直流电压)。开关管应力大(VT＞2VLLM，VLLM为线电压峰值，VT为开关管电压应力)，六开关管三相PFC电路又称维也纳电路，器件数量较多，控制复杂，成本高。输出电压较高三开关管三相PFC目前的控制算法是在全频范围内工作，开关器件电压、电流应力大，效率不高，同时，三相PFC电感为分立电感，电感量大，峰值电流大，体积、重量大。解决上述技术问题的难度：①系列拓扑结构及组成方式。由于输入三相电零线是否输出存在不确定性，提出的拓扑结构应能适应不同的现场；②三相耦合集成电感的结构及参数计算、线圈分布。解决上述技术问题的意义：降低三相PFC电路的成本、提高电路的可行性，提供一种实用、价格低廉、生产容易的三相PFC装置。r>
技术实现思路
针对现有技术存在的开关损耗大、效率不高、电磁干扰严重、开关器件容量大等问题，本专利技术提供了一种三开关管三相PFC电路控制方法及系列拓扑结构。本专利技术是这样实现的，一种三开关管三相PFC电路控制方法及系列拓扑结构，所述三开关管三相PFC电路控制方法包括：利用电网的三相电自然换向点及三相整流桥导通顺序，当A相电、B相电、C相电出现无法导通的相位值时，通过控制双向开关器件Sa工作使对应相电通过升压电感器La与双向开关组件Sa形成回路，补偿当前位段时间内的电路，进行三相电的解耦控制。进一步，所述三相电的解耦控制包括：所述三相升压电感采取集成耦合方式，减少电感数量，同时将电感量降低为分离电感的1-|α|倍；其中，α为耦合系数；所述三项集成耦合电感磁芯结构为分布方式和集成方式，绕组为分布式绕制或集中式绕制；所述集成耦合电感的互感：M12＝M21＝M13＝M31＝M23＝M23＝M<0。本专利技术的另一目的在于提供一种为实现所述的三开关管三相PFC电路控制方法的系列PFC拓扑结构，所述系列PFC拓扑结构包括：一组耦合集成电感模块、三相整流桥、三个双向功率开关组件；所述一组耦合集成电感模块即为三个高频电感模块；所述三个高频电感模块与三个双向功率开关组件的输入端连接；所述三个双向功率开关组件的输入端与三相整流桥的负极端连接或与输出电容连接；所述三个双向功率开关组件公共点接接电网零线或者输出电容或者输出电容的电压中点，所述输出电容另一端接在直流电源的负极；所述三相整流桥的两端分别与输出电容的正负极连接；所述三相整流桥的输入端与所述三个高频电感模块连接。进一步，所述系列PFC拓扑结构还包括：所述三个高频电感模块包括升压电感器La、升压电感器Lb、升压电感器Lc；所述升压电感器La、升压电感器Lb、升压电感器Lc均为高频磁芯绕制的电感器；所述三相整流桥包括整流桥D1、整流桥D2、整流桥D3、整流桥D4、整流桥D5、整流桥D6；所述D1～D6均为高频整流桥或者高频快恢复二极管组成的高频整流桥；所述三个双向功率开关组件包括：双向开关组件Sa、双向开关组件Sb、双向开关组件Sc；所述双向开关组件Sa、双向开关组件Sb、双向开关组件Sc均为功率MOSFET或IGBT器件，或为四个超快恢复的二极管加功率MOSFET或四个IGBT器件；所述升压电感器La、升压电感器Lb、升压电感器Lc与双向开关组件Sa、双向开关组件Sb、双向开关组件Sc连接在一起形成的公共端与D1～D6组成的三相整流桥的中点连接；所述D1～D6组成的整流桥输出接滤波电容得到直流输出电压Vdc；所述双向开关组件Sa、双向开关组件Sb、双向开关组件Sc组成的公共端接零点或者输出电容或者输出电容的电压中点。本专利技术的另一目的在于提供一种实施所述的三开关管三相PFC电路控制方法的三开关管三相PFC电路控制系统，所述三开关管三相PFC电路控制系统包括：三相电相位检测模块；与三相电压相位角捕捉模块、所述系列PFC拓扑结构连接，由锁相环、PLL相互连接组成；用于完成电网电压的过零检测；其中所述锁相环用于调控PLL的抗干扰状态；三相电压相位角捕捉模块；与双向开关PWM驱动信号产生模块、所述系列PFC拓扑结构连接，用于判断相限，产生30°脉冲；在30°脉冲范围内进行高频PWM检测；双向开关PWM驱动信号产生模块，与三相电压相位角捕捉模块连接，用于高频PWM信号通过放大、隔离、放大连接双向开关PWM驱动信号产生模块的门极G极，驱动双向开关导通和关断；同时用于通过检测输出电压Vdc的值对PWM信号的占空比进行调节。进一步，所述双向开关PWM驱动信号产生模块包括：所述双向开关PWM驱动信号产生模块电压应力表示为：综上所述，本专利技术的优点及积极效果为：本专利技术的结构特点是主功率开关管器件位于旁路位置，平均电流小，功耗小；本专利技术控制简单，开关器件承受的峰值电流只有额定电流的一半，损耗低、效率高、电磁干扰小；本专利技术提出在上述三开关拓扑结构的基础上，将分离的三只Boost储能电感通过分布式或集中式磁芯耦合集成，减少电感的数值、降低体积、重量、成本。本专利技术提出了一种拓扑结构，使功率开关管处于电流传输的旁路位置减少器件导通损耗；同时，通过双向功率开关管器件公共端的连接方式，降低开关器件电压应力；本专利技术所采取的控制策略，降低开关次数规避峰值时开关器件导通，减少开关器件电流应力，提高效率，降低电磁干扰。本专利技术提出将PFC电感采取耦合集成方式，降低电量参数，降低成本，减小电感的体积重量。本专利技术的结构主功率开关管器件位于旁路位置，平均电流小，功耗小；同时，针对该结构，依据三相电的相间自然换相涉及整流二极管导通顺序的特点，提出了一种相电压的(0°～30°)、(150°～180°)、(180°～210°)、(330°～360°)的范围内的脉冲宽度调制(PWM)的控制策略。本专利技术控制简单，开关器件承受的峰值电流只有额定电流的一半，损耗低、效率高、电磁干扰小。与现有技术相比，本专利技术的优点还有：(1)拓扑结构简单。不改变常规的三相桥整流电路。同时串联在回路中集成耦合电感参数小，有效降低了体积重量。(2)附加的三相功率因数校正功率开关处在电流的旁路位置，只在部分时间内流过整流电流，功率小效率高。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三开关管三相PFC电路控制方法，其特征在于，所述三开关管三相PFC电路控制方法包括：/n利用电网的三相电自然换向点及三相整流桥导通顺序，当A相电、B相电、C相电出现无法导通的相位值时，通过控制双向开关器件S

【技术特征摘要】
1.一种三开关管三相PFC电路控制方法，其特征在于，所述三开关管三相PFC电路控制方法包括：
利用电网的三相电自然换向点及三相整流桥导通顺序，当A相电、B相电、C相电出现无法导通的相位值时，通过控制双向开关器件Sa工作使对应相电通过升压电感器La与双向开关组件Sa形成回路，补偿当前位段时间内的电路，进行三相电的解耦控制。


2.如权利要求1所述三开关管三相PFC电路控制方法，其特征在于，所述三相电的解耦控制方法包括：
三相升压电感采取集成耦合方式，减少电感数量，同时将电感量降低为分离电感的1-|α|倍；α为耦合系数；
三项集成耦合电感磁芯结构采用分布方式和集成方式，绕组为分布式绕制或集中式绕制；
集成耦合电感的互感：M12＝M21＝M13＝M31＝M23＝M23＝M<0。


3.一种实施权利要求1～2任意一项所述三开关管三相PFC电路控制方法的系列PFC拓扑结构，其特征在于，所述系列PFC拓扑结构包括：一组耦合集成电感模块、三相整流桥、三个双向功率开关组件；
所述一组耦合集成电感模块包括三个高频电感模块；
所述三个高频电感模块与三个双向功率开关组件的输入端连接；
所述三个双向功率开关组件的输入端与三相整流桥的负极端连接或与输出电容连接；所述三个双向功率开关组件公共点接接电网零线或者输出电容或者输出电容的电压中点，所述输出电容另一端接在直流电源的负极；
所述三相整流桥的两端分别与输出电容的正负极连接；所述三相整流桥的输入端与所述三个高频电感模块连接。


4.如权利要求3所述系列PFC拓扑结构，其特征在于，所述系列PFC拓扑结构还包括：
所述三个高频电感模块包括升压电感器La、升压电感器Lb、升压电感器Lc；所述升压电感器La、升压电感器Lb、升压电感器Lc均为高频磁芯绕制的电感器；
所述三相整流桥包括整流桥D1、整流桥D...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱忠尼，宋庆国，
申请(专利权)人：宋庆国，
类型：发明
国别省市：湖北;42