一種三相單管DCM Boost PFC變換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三相單管DCM?Boost?PFC變換器，包括主功率電路和控制電路，所述主功率電路包括三相輸入電壓源、EMI濾波器、三相橋式整流電路、3個(gè)Boost電感、開關(guān)管、二極管、儲(chǔ)能電容以及負(fù)載RLd；控制電路中分壓電路的輸出端A分別接入峰值取樣電路和減法電路的輸入端，峰值取樣電路的輸出端B與加法電路的輸入端連接，加法電路的輸出端C分別與減法電路的輸入端、乘法器的第三輸入端連接，減法電路的輸出端D與乘法器的第一輸入端連接，誤差調(diào)節(jié)電路的輸出端與乘法器的第二輸入端相連接，乘法器的輸出端P依次與PWM?IC芯片、開關(guān)管驅(qū)動(dòng)連接，開關(guān)管驅(qū)動(dòng)的輸出端與開關(guān)管的門極連接。本發(fā)明可以使臨界電感值增大，提高變換效率，同時(shí)減小了輸出電壓紋波。
【專利說明】—種三相單管DCM Boost PFC變換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電能變換裝置的交流-直流變換器領(lǐng)域，特別是一種三相單管DCMBoost PFC變換器。
【背景技術(shù)】
[0002]功率因數(shù)校正(Power Factor Correction, PFC)變換器可以減小輸入電流諧波，提高輸入功率因數(shù)，已得到廣泛應(yīng)用，三相單管DCM(電流不連續(xù)模式)Boost (升壓)PFC(功率因數(shù)校正)變化器具有開關(guān)管零電流開通、無二極管反向恢復(fù)、開關(guān)頻率恒定、控制簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但是當(dāng)在半個(gè)輸入周期內(nèi)占空比恒定時(shí)，輸入電流諧波含量較大。輸入電流主要含有與基波電流相位相差η的五次諧波，不僅功率因數(shù)較低，且使輸入功率脈動(dòng)變大，因而輸出電壓紋波高，需要更大的輸出儲(chǔ)能電容，變換器效率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種高變換器效率、低輸出電壓紋波的三相單管DCMBoost PFC變換器。
[0004]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種三相單管DCM Boost PFC變換器，包括主功率電路和控制電路，所述主功率電路包括三相輸入電壓源va、Vb、Ve，EMI濾波器，6個(gè)整流二極管組成的三相橋式整流電路，3個(gè)Boost電感，開關(guān)管Qb，二極管Db，儲(chǔ)能電容C。，以及負(fù)載Rw ;其中三相輸入電壓源va、vb, vc分別與EMI濾波器的輸入端口連接，EMI濾波器的
輸出端口與3個(gè)Boost電感--對(duì)應(yīng)相接,3個(gè)Boost電感的另一端分別接入三相橋式整流
電路的對(duì)應(yīng)輸入端,三相橋式整流電路的輸出負(fù)極為參考電位零點(diǎn),三相橋式整流電路的輸出正極分別接入開關(guān)管Qb的漏極和二`極管Db的陽極，開關(guān)管Qb的源極與參考電位零點(diǎn)連接；二極管Db的陰極分別接入儲(chǔ)能電容C。的陽極和負(fù)載Ru的一端，儲(chǔ)能電容C。的陰極和負(fù)載Rw的另一端均與參考電位零點(diǎn)連接，負(fù)載Ru的兩端電壓為輸出電壓V。；
[0005]所述的控制電路包括輸入電壓采樣電路、分壓電路、峰值取樣電路、加法電路、減法電路、誤差調(diào)節(jié)電路、乘法器、PWM IC芯片、開關(guān)管驅(qū)動(dòng)，其中分壓電路的輸出端A分別接入峰值取樣電路的輸入端和減法電路的輸入端，峰值取樣電路的輸出端B與加法電路的輸入端連接，加法電路的輸出端C分別與減法電路的輸入端、乘法器的第三輸入端Vz連接，減法電路的輸出端D與乘法器的第一輸入端Vx連接，誤差調(diào)節(jié)電路的輸出端vEA與乘法器的第二輸入端Vy相連接，乘法器的輸出端P與PWM IC芯片的輸入端相連接，PWM IC芯片的輸出端與開關(guān)管驅(qū)動(dòng)的輸入端連接，開關(guān)管驅(qū)動(dòng)的輸出端與開關(guān)管Qb的門極連接。
[0006]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是:(1)在保持整個(gè)輸入電壓范圍內(nèi)PF值的變化規(guī)律基本不變的前提下，能夠降低導(dǎo)通損耗，提高變換效率；(2)減小了輸出電壓紋波或輸出儲(chǔ)能電容；(3)電路結(jié)構(gòu)容易實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用前景廣闊。
【專利附圖】

【附圖說明】[0007]圖1是三相單管DCM Boost PFC變換器主電路示意圖。
[0008]圖2是三相單管DCM Boost PFC變換器的三相交流輸入電壓波形圖。
[0009]圖3是[0，π /6]區(qū)間一個(gè)開關(guān)周期中各相電感電流波形圖。
[0010]圖4是半個(gè)工頻周期內(nèi)a相電感電流波形圖。
[0011]圖5是定占空比與變占空比PF曲線對(duì)比圖。
[0012]圖6是定變占空比控制方式下輸入電流各次諧波與基波之比的曲線圖。
[0013]圖7是本發(fā)明三相單管DCM Boost PFC變換器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖8是fK2(M，cot)隨ω?的變化曲線圖。
[0015]圖9是不同輸入電壓下的臨界電感值曲線圖。
[0016]圖10是定變占空比控制方式下的電感電流有效值曲線圖。
[0017]圖11是定變占空比控制方式下的瞬時(shí)輸入功率標(biāo)幺值曲線圖。
[0018]圖12是定變占空比控制方式下的輸出電壓紋波之比曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]I三相單管Boost PFC變換器的分析
[0020]圖1所示為三相單管DCM Boost PFC變換器主電路，其中，La=Lb=Lc=L0圖2給出了三相交流輸入電壓的波形。在[0，π/6]區(qū)間內(nèi)，一個(gè)開關(guān)周期中各相電感電流的波形如圖3所示。
[0021]定義三相交流輸入電壓va、vb, Vc分別為:
[0022]va = VmSin ω?(I)
[0023]vb = VmSin (ω t_2 π/3) (2)
[0024]vc = VmSin (ω t+2 π/3) (3)
[0025]其中Vni和ω分別為輸入電壓的幅值和角頻率。
[0026]假設(shè)變換器的效率為100%，在[0，]內(nèi)，一個(gè)開關(guān)周期中a相電感電流ia的平均
值ia—av為:
【權(quán)利要求】
1.一種三相單管DCM Boost PFC變換器，其特征在于，包括主功率電路和控制電路，所述主功率電路包括三相輸入電壓源Va、Vb、Ve，EMI濾波器，6個(gè)整流二極管即第一二極管Dp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組成的三相橋式整流電路，3個(gè)Boost電感即第一電感La、第二電感Lb、第三電感L。，開關(guān)管Qb，二極管Db，儲(chǔ)能電容C。，以及負(fù)載Rw ;其中三相輸入電壓源va、vb, vc分別與EMI濾波器的輸入端口連接，EMI濾波器的輸出端口與3個(gè)Boost電感一一對(duì)應(yīng)相接，3個(gè)Boost電感的另一端分別接入三相橋式整流電路的對(duì)應(yīng)輸入端，三相橋式整流電路的輸出負(fù)極為參考電位零點(diǎn)，三相橋式整流電路的輸出正極分別接入開關(guān)管Qb的漏極和二極管Db的陽極，開關(guān)管Qb的源極與參考電位零點(diǎn)連接；二極管Db的陰極分別接入儲(chǔ)能電容C。的陽極和負(fù)載Ru的一端，儲(chǔ)能電容C。的陰極和負(fù)載Ru的另一端均與參考電位零點(diǎn)連接，負(fù)載Ru的兩端電壓為輸出電壓V。; 所述的控制電路包括輸入電壓采樣電路(I)、分壓電路(2)、峰值取樣電路(3)、加法電路(4)、減法電路(5)、誤差調(diào)節(jié)電路(6)、乘法器(7)、PWM IC芯片(8)、開關(guān)管驅(qū)動(dòng)(9)，其中分壓電路(2)的輸出端A分別接入峰值取樣電路(3)的輸入端和減法電路(5)的輸入端，峰值取樣電路⑶的輸出端B與加法電路(4)的輸入端連接，加法電路⑷的輸出端C分別與減法電路(5)的輸入端、乘法器(7)的第三輸入端Vz連接，減法電路(5)的輸出端D與乘法器(7)的第一輸入端Vx連接，誤差調(diào)節(jié)電路(6)的輸出端vEA與乘法器(7)的第二輸入端vy相連接，乘法器(7)的輸出端P與PWM IC芯片⑶的輸入端相連接，PWM IC芯片(8)的輸出端與開關(guān)管驅(qū)動(dòng)(9)的輸入端連接，開關(guān)管驅(qū)動(dòng)(9)的輸出端與開關(guān)管Qb的門極連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相單管DCMBoost PFC變換器，其特征在于，所述的輸入電壓采樣電路⑴包括三相輸入電壓源va、vb, V。、第七二極管D7、第八二極管D8、第九二極管D9、第十二極管Dltl、第十一二極管Dn、第十二二極管D12 ;其中a相輸入電壓源Va分別連接第七二極管D7的陽極和第十二極管Dltl的陰極，b相輸入電壓源Vb分別連接第九二極管D9的陽極和第十二二極管D12的陰極，c相輸入電壓源V。分別連接第十一二極管D11的陽極和第八二極管D8的陰極，第七二極管D7的陰極、第九二極管D9的陰極、第十一二極管D11的陰極相連公共端作為整流輸出電壓的正極，第八二極管D8的陽極、第十二極管Dltl的陽極、第十二二極管D12的陽極相連公共端作為整流輸出電壓的負(fù)極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相單管DCMBoost PFC變換器，其特征在于，所述的分壓電路⑵包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第一運(yùn)算放大器A1 ;其中第一電阻R1—端與輸入電壓米樣電路(I)中整流輸出電壓的正極相連，第一電阻R1的另一端分別與第二電阻R2的一端、第六電阻R6的一端相連，第二電阻R2的另一端分別與第三電阻R3的一端、第四電阻R4的一端相連，第三電阻R3的另一端與輸入電壓采樣電路(I)中整流輸出電壓的負(fù)極相連，第四電阻R4的另一端分別接入第五電阻R5的一端、第一運(yùn)算放大器A1的反向輸入端,第五電阻R5的另一端與第一運(yùn)算放大器A1的輸出端A相連，第六電阻R6的另一端分別接入第七電阻R7的一端、第一運(yùn)算放大器A1的正向輸入端，第七電阻R7的另一端接參考電位零點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相單管DCMBoost PFC變換器，其特征在于，所述峰值取樣電路(3)包括第八電阻R8、第七二極管D7、第一電容C1、第九電阻R9、第二運(yùn)算放大器A2;其中第八電阻R8的一端與分壓電路(2)中第一運(yùn)算放大器A1的輸出端A連接，第八電阻R8的另一端與第七二極管D7正極串聯(lián)后經(jīng)第七二極管D7的負(fù)極接入第二運(yùn)算放大器A2的正相輸入端，第一電容C1與第九電阻R9并聯(lián)后一端與第二運(yùn)算放大器A2的正相輸入端相連、另一端接參考電位零點(diǎn)，第二運(yùn)算放大器A2的反相輸入端與輸出端B直接連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相單管DCMBoost PFC變換器，其特征在于，所述加法電路(4)包括第十電阻Rltl、第十一電阻Rn、第十二電阻R12、第十三電阻R13、第十四電阻R14、第三運(yùn)算放大器A3 ;其中第十電阻Rltl—端與主電路輸出電壓V。正極相連接、另一端接入第三運(yùn)算放大器A3的正向輸入端，第十一電阻R11—端與第三運(yùn)算放大器A3的正向輸入端連接、另一端接入?yún)⒖茧娢涣泓c(diǎn)，第十二電阻R12 —端與第二運(yùn)算放大器A2的輸出端B連接、另一端接入第三運(yùn)算放大器A3的正向輸入端，第十三電阻R13接入第三運(yùn)算放大器A3的反向輸入端和輸出端C之間，第十四電阻R14—端接入第三運(yùn)算放大器A3的反向輸入端、另一端接入?yún)⒖茧娢涣泓c(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相單管DCMBoost PFC變換器，其特征在于，所述減法電路(5)包括第十五電阻R15、第十六電阻R16、第十七電阻R17、第十八電阻R18、第四運(yùn)算放大器~；其中第十五電阻R15的一端與第一運(yùn)算放大器A1輸出端A連接、另一端連接到第四運(yùn)算放大器A4的反向輸入端，第十六電阻R16—端連接到第四運(yùn)算放大器A4的正向輸入端、另一端與參考電位零點(diǎn)連接，第十七電阻R17—端與第三運(yùn)算放大器A3輸出端C連接、另一端連接到第四運(yùn)算放大器A4的正向輸入端，第十八電阻R18連接到第四運(yùn)算放大器A4的反向輸入端與輸出端D之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相單管DCMBoost PFC變換器，其特征在于，所述誤差調(diào)節(jié)電路(6)包括第十九電阻R19、第二十電阻R2tl、第二十一電阻R21、第二電容C2、第五運(yùn)算放大器A5 ;其中第十九電阻R19 —端與輸出電壓V。正極連接、另一端與第五運(yùn)算放大器A5的反向輸入端連接，第二十電阻R2tl—端與第五運(yùn)算放大器A5的反向輸入端連接、另一端接入?yún)⒖茧娢涣泓c(diǎn)，第二十一電阻R21與第二電容C2串聯(lián)后接入第五運(yùn)算放大器A5的反向輸入端和輸出端之間，第五運(yùn)算放大器A5的`正向輸入端與輸入電壓參考點(diǎn)Vtjg連接。
【文檔編號(hào)】H02M7/217GK103825477SQ201410065405
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月25日
【發(fā)明者】姚凱, 孟慶賽, 呂建國(guó), 曹敬承, 胡心誠(chéng) 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)