单开关三相功率因数校正方法及电路技术

本发明专利技术公开一种三相功率因数校正方法，在待校正电源装置中整流电路的输出端两端跨接一个电子开关Ｓ，通过脉冲控制信号控制该电子开关Ｓ的开闭，以控制母线电流ｉ↓［ｄ］的波形，使之跟踪相电压波形，其特征是所述脉冲控制信号使母线电流ｉ↓［ｄ］在开关周期中的平均值Ｉ↓［ｄ］和相电压波头成正比。本发明专利技术还包括一种根据上述方法设计的三相功率因数校正电路。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种三相整流电路功率因数校正方法及其电路，特别是单开关三相功率因数校正方法及其电路。三相整流电路的功率因数问题近年来一直是电力电子领域的热点。随着世界各国对用电设备输入电流谐波的相应规范/标准的出台和强制实行，三相功率因数校正必将成为电源产业关注的焦点。最简单的三相功率因数校正电路可以采用L、C元件直接实现。这种方法一定情况下可以使功率因数得到较大提高，可达0.92以上，但当输出功率大于2KW时，输入电流谐波不能满足IEC1000-3-2 CLASS A的标准。现在中小功率设备流行的三相功率因数校正主电路拓扑是单开关电路。如附图说明图1，由输入电感La、Lb、Lc、三相二极管整流桥和一个电子开关组成，通过定频定占空比的脉冲信号来控制开关的开合，进而实现功率因数的校正。这种电路结构简单，成本较低，得到广泛关注。但它“等脉宽”的特点决定了其输入电流五次谐波较大。如输入线电压为380V，输出电压为800V时，则当输出功率大于5KW时，五次谐波将超过IEC1000-3-2 CLASS A的标准。随着输入电压升高或输出电压降低，谐波将进一步恶化。本专利技术的目的就是为了解决以上问题，提供一种三相功率因数校正方法及装置，以改善输入电流谐波，使之在较大功率的应用场合，仍能满足IEC标准。本专利技术实现上述目的的方案是一种三相功率因数校正方法，在待校正电源装置中整流电路的输出端两端跨接一个电子开关S，通过脉冲控制信号控制该电子开关S的开闭，以控制母线电流id的波形，使之跟踪相电压波形，其特征是所述脉冲控制信号能使母线电流id在开关周期中的平均值Id和相电压波头成正比。在一个重要的实施例中，使母线电流id在开关周期中的平均值Id和相电压波头成正比的实现方法如下产生一个正比于相电压波头的基准电压Us，由此基准电压Us进而形成直流母线电流基准；同时，在直流母线上取得一个采样电流；直流母线电流基准和采样电流通过直流母线电流反馈调节器实时调节所述脉冲控制信号的占空比，以控制电子开关S的动作，使母线电流id在开关周期中的平均值Id和相电压波头成正比。本专利技术的方案还包括一种三相功率因数校正电路，该电路包括三相输入端Ua、Ub、Uc，输入电感La、Lb、Lc和和三相整流电路，在整流电路的输出端两端跨接一个电子开关S，该电子开关S和一个脉冲控制信号相连，其特征是选择适当的脉冲控制信号产生装置，该装置产生的脉冲控制信号能使母线电流id在开关周期中的平均值Id和相电压波头成正比。在一个重要的实施例中，所述的校正电路具有如下特征所述脉冲控制信号的产生装置包括用以产生基准电压Us的相电压波头产生电路、直流母线电流基准产生电路、直流母线电流检测、直流母线电流反馈调节器和输出电压反馈调节电路；其中，相电压波头产生电路接三相交流输入电压，其输出端接直流母线电流基准产生电路，输出电压反馈调节电路从输出直流电压取得采样电压后，其输出端也接于直流母线电流基准产生电路；直流母线电流检测连接于直流母线上，其输出端为检测到的直流母线采样电流信号，它和直流母线电流基准产生电路所产生的电流基准信号分别接至直流母线电流反馈调节器的输入端；直流母线电流反馈调节器的输出端接至脉冲控制信号的产生装置。由于采用了以上的方案，直流母线电流id在开关周期中的平均值Id和相电压波头成正比，则可以使三相电流对称，且可以尽可能多地跟踪相电压，使三相电流在尽可能多的区间里与相电压一致，这就使输入电流的谐波(包括五次谐波)得以改善。图1是单开关三相功率因数校正电路示意图。图2是本专利技术直流母线电流id示意图。图3经校正后的三相输入电流波形。图4是本专利技术实施例的电路示意图。图5是本专利技术实施例的电路方框示意图。下面通过具体的实施例并结合附图对本专利技术作进一步详细的描述。图1给出了单开关三相功率因数校正电路示意图。其中Load表示负载。通过控制开关S的占空比可控制直流母线电流id的波形。由于只有一个开关，任何时候都只能控制一个变量。仅用定频定占空比的脉冲信号控制开关S是难以达到理想效果的。本专利技术的实施例电路方框图见图5，该装置中所采用的三相功率因数校正方法中，所述脉冲控制信号不是定频定占空比的，而是通过对母线电流和相电压的采样、处理，输出合适的脉冲控制信号，使母线电流id在开关周期中的平均值Id和相电压波头成正比。在该校正方法中，使母线电流id在开关周期中的平均值Id和相电压波头成正比的实现方法如下产生一个正比于相电压波头的基准电压Us，由此基准电压Us进而形成直流母线电流基准；同时，在直流母线上取得一个采样电流；直流母线电流基准和采样电流通过直流母线电流反馈调节器实时调节所述脉冲控制信号的占空比，以控制电子开关S的动作，使母线电流id在开关周期中的平均值Id和相电压波头成正比。上述方法是通过具体电路装置得以实施的。该电路包括三相输入端Ua、Ub、Uc，输入电感La、Lb、Lc和三相整流电路，在整流电路的输出端两端跨接一个电子开关S，该电子开关S和一个脉冲控制信号相连。选择适当的脉冲控制信号产生装置，该装置产生的脉冲控制信号能使母线电流id在开关周期中的平均值Id和相电压波头成正比。见图5，本实施例中所述脉冲控制信号的产生装置包括用以产生基准电压Us的相电压波头产生电路1、直流母线电流基准产生电路2、直流母线电流检测4、直流母线电流反馈调节器3和输出电压反馈调节电路5；其中，相电压波头产生电路1接三相交流输入电压，其输出端接直流母线电流基准产生电路2，输出电压反馈调节电路5从输出直流电压取得采样电压后，其输出端也接于直流母线电流基准产生电路2；直流母线电流检测4连接于直流母线上，其输出端为检测到的直流母线采样电流信号，它和直流母线电流基准产生电路2所产生的电流基准信号分别接至直流母线电流反馈调节器3的输入端；直流母线电流反馈调节器3的输出端接至脉冲控制信号的产生装置。见图4，所述相电压波头产生电路1包括变压器T1、T2、T3和整流桥B1、B2、B3，三个变压器T1、T2、T3的输入端分别接于三相输入端Ua、Ub、Uc；整流桥B1接变压器T1、整流桥B2接变压器T2、整流桥B3接变压器T3，三个整流桥B1、B2、B3的输出端相连，该输出端接直流母线电流基准产生电路2，该直流母线电流基准产生电路2包括一个乘法器，其输出端接至直流母线电流反馈调节器3的一个输入端；直流母线电流检测4包括一个串接于直流母线上的电阻R2。可以看到，在图4中，所述直流母线电流基准产生电路2、直流母线电流反馈调节器3、直流母线电流检测4被包括在一个集成电路UC3854中。其工作原理如下用变压器T1,T2,T3和整流桥B1,B2,B3产生一个相电压波头的基准电压us，这个电压通过R1给功率因数校正控制芯片UC3854的6脚提供一个电流的波形基准，在输出电压反馈信号(11脚)和输入电压的前馈信号(8脚)的共同作用下，在芯片内部产生一个和基准电压成正比的电流基准。在R2上取样得到的直流母线电流通过5脚与电流基准比较，并通过内部的电流调节器控制16脚的输出脉冲的占空比，从而控制晶体管即电子开关S导通的占空比，使直流母线电流跟踪电流基准。图2是采用本专利技术方案后母线电流id在开关周期中的平均值Id的波形，可以看出，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三相功率因数校正方法，在待校正电源装置中整流电路的输出端两端跨接一个电子开关Ｓ，通过脉冲控制信号控制该电子开关Ｓ的开闭，以控制母线电流ｉ↓［ｄ］的波形，使之跟踪相电压波形，其特征是：所述脉冲控制信号能使母线电流ｉ↓［ｄ］在开关周期中的平均值Ｉ↓［ｄ］和相电压波头成正比。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：应建平，陆冰，谢小高，刘作虎，
申请(专利权)人：浙江大学，艾默生网络能源有限公司，
类型：发明
国别省市：33[中国|浙江]