一種多態(tài)功率因數(shù)校正電路和電力變換設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多態(tài)功率因數(shù)校正電路和電力變換設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]功率因數(shù)校正(PFC, Power Factor Correct1n)電路廣泛應(yīng)用在通信電源和不間斷電源(UPS,Uninterrupted Power Supply)中，它除了需要把交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓外，同時(shí)還要校正輸入的功率因數(shù)，滿足各種標(biāo)準(zhǔn)對輸入特性的要求。三電平功率因數(shù)校正電路中的開關(guān)管的電壓應(yīng)力是相同母線電壓下兩電平功率因數(shù)校正電路的開關(guān)管的電壓應(yīng)力的一半，同時(shí)相同功率和開關(guān)頻率下的三電平功率因數(shù)校正電路中的電感體積小于兩電平功率因數(shù)校正電路中的電感體積，因此，三電平功率因數(shù)校正電路得到廣泛應(yīng)用。
[0003]隨著高功率密度需求的不斷增加，提高功率因數(shù)校正電路中的開關(guān)管的開關(guān)頻率成為提高其功率密度的一個(gè)途徑。然而，雖然提高開關(guān)頻率可以減小無源器件電感、變壓器、電容等的體積，但是，開關(guān)頻率高了以后開關(guān)損耗增加，這樣功率因數(shù)校正電路的效率又很難保證，最終無法同時(shí)實(shí)現(xiàn)高功率密度和高效率。
[0004]為了同時(shí)提高效率和功率密度，交錯并聯(lián)的結(jié)構(gòu)被提出，但是交錯并聯(lián)結(jié)構(gòu)存在如下問題:需要采樣流過各交錯并聯(lián)單元的電感或者開關(guān)管的電流，進(jìn)行電流的單獨(dú)控制，同時(shí)需要增加均流控制器消除各交錯并聯(lián)單元間的環(huán)流，這樣增加了采樣的成本，同時(shí)也使得均流控制器結(jié)構(gòu)復(fù)雜。而且交錯并聯(lián)的單元數(shù)量多的時(shí)候(如大于兩個(gè)并聯(lián)單元)均流控制的復(fù)雜度增加很多，控制難度加大。
[0005]綜上所述，為了同時(shí)提高現(xiàn)有的功率因數(shù)校正電路的效率和功率密度，功率因數(shù)校正電路中常采用交錯并聯(lián)結(jié)構(gòu)，由于需要采樣流過各交錯并聯(lián)的單元的電感或者開關(guān)管的電流，并消除各交錯并聯(lián)的單元間的環(huán)流，這樣增加了采樣的成本，同時(shí)也使得均流控制器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制難度加大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種多態(tài)功率因數(shù)校正電路，用以解決現(xiàn)有的交錯并聯(lián)功率因數(shù)校正電路電流采樣電路個(gè)數(shù)多和電流控制器結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題。。
[0007]基于上述問題，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多態(tài)功率因數(shù)校正電路，包括兩個(gè)防反灌元件和兩個(gè)母線電容，所述兩個(gè)母線電容串聯(lián)在所述多態(tài)PFC電路的兩個(gè)輸出端之間，還包括兩個(gè)多態(tài)開關(guān)電路；
[0008]每個(gè)多態(tài)開關(guān)電路中包括一個(gè)變壓器和η個(gè)橋臂，每個(gè)多態(tài)開關(guān)中的η個(gè)橋臂并聯(lián)后連接在所述多態(tài)PFC電路的一個(gè)輸出端與所述兩個(gè)母線電容的中點(diǎn)之間，每個(gè)多態(tài)開關(guān)中的η個(gè)橋臂并聯(lián)后連接的所述多態(tài)PFC電路的輸出端不同；每個(gè)橋臂均包含一個(gè)可控開關(guān)元件和一個(gè)整流元件，該可控開關(guān)元件的一端與該整流元件的一端相連，該可控開關(guān)元件的另一端為該橋臂的一端，該整流元件的另一端為該橋臂的另一端；且每個(gè)橋臂中的可控開關(guān)元件連接所述兩個(gè)母線電容的中點(diǎn)；n為不小于2的整數(shù)；
[0009]當(dāng)η = 2時(shí)，每個(gè)防反灌元件連接在，一個(gè)不同的多態(tài)開關(guān)電路中的變壓器的原邊繞組的同名端與該變壓器的副邊繞組的異名端相連的接線端與交流電壓源的第一輸出端之間；該變壓器的原邊繞組的異名端及其副邊繞組的同名端分別連接該多態(tài)開關(guān)電路中的不同連接點(diǎn)；該變壓器的原邊繞組的匝數(shù)與其副邊繞組的匝數(shù)相等；
[0010]當(dāng)η彡3時(shí)，每個(gè)防反灌元件連接在，一個(gè)不同的多態(tài)開關(guān)電路中的變壓器的η個(gè)原邊繞組的同名端相連的接線端與所述交流電壓源的第一輸出端之間，每個(gè)變壓器的η個(gè)副邊繞組首尾連接構(gòu)成電回路；該變壓器的η個(gè)原邊繞組的異名端分別連接該多態(tài)開關(guān)電路中的不同連接點(diǎn)；該變壓器的原邊繞組的匝數(shù)與副邊繞組的匝數(shù)相等；
[0011]其中，一個(gè)連接點(diǎn)是一個(gè)多態(tài)開關(guān)電路的一個(gè)橋臂中的可控開關(guān)元件和該橋臂中的整流元件相連的連接點(diǎn)；所述交流電壓源的第二輸出端連接所述兩個(gè)母線電容的中點(diǎn)。
[0012]本發(fā)明實(shí)施例提供的一種電力變換設(shè)備，包括本發(fā)明實(shí)施例提供的多態(tài)PFC電路。
[0013]本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于三相交流電中的PFC電路，包括三個(gè)本發(fā)明實(shí)施例提供的多態(tài)PFC電路；
[0014]三個(gè)多態(tài)PFC電路中輸出正電壓的輸出端相連，三個(gè)多態(tài)PFC電路中輸出負(fù)電壓的輸出端相連；
[0015]每個(gè)多態(tài)PFC電路連接的交流電壓源的第一輸出端為三相交流電中的一相；三個(gè)多態(tài)PFC電路中的母線電容的中點(diǎn)相連。
[0016]本發(fā)明實(shí)施例提供的一種電力變換設(shè)備，包括發(fā)明實(shí)施例提供的用于三相交流電中的PFC電路。
[0017]本發(fā)明實(shí)施例的有益效果包括:
[0018]本發(fā)明實(shí)施例提供的多態(tài)功率因數(shù)校正電路，當(dāng)多態(tài)功率因數(shù)校正電路中的每個(gè)多態(tài)開關(guān)電路中包括兩個(gè)橋臂時(shí)，每個(gè)多態(tài)開關(guān)電路中的不同橋臂中的可控開關(guān)元件分別連接同一個(gè)變壓器的原邊繞組和該變壓器的副邊繞組，由于該變壓器的原邊繞組的同名端與其副邊繞組的異名端相連，并且該變壓器的原邊繞組的匝數(shù)與其副邊繞組的匝數(shù)相等，因此，該變壓器的原邊繞組上的電流與其副邊繞組上的電流相等；而當(dāng)多態(tài)功率因數(shù)校正電路中的每個(gè)多態(tài)開關(guān)電路中包括三個(gè)或三個(gè)以上橋臂時(shí)，每個(gè)多態(tài)開關(guān)電路中的不同橋臂中的可控開關(guān)元件分別連接一個(gè)變壓器的不同原邊繞組，由于該變壓器的原邊繞組的同名端相連，該變壓器的副邊繞組首尾連接構(gòu)成電回路，并且該變壓器的原邊繞組的匝數(shù)與其副邊繞組的匝數(shù)相等，因此，該變壓器的各個(gè)原邊繞組上的電流相等，即變壓器可以實(shí)現(xiàn)自動均流，因此，只需要采樣該多態(tài)開關(guān)電路與相連的防反灌元件導(dǎo)線上的電流就可以控制輸入電流，這減少了采樣電路的個(gè)數(shù)，簡化了電流控制器的結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0019]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的交錯并聯(lián)三電平PFC電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明實(shí)施例一提供的多態(tài)PFC電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3a-圖3d為圖2所示的PFC電路工作在不同開關(guān)狀態(tài)下的等效電路圖；
[0022]圖4為本發(fā)明實(shí)施例二提供的多態(tài)PFC電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖5為本發(fā)明實(shí)施例二提供的多態(tài)PFC電路的結(jié)構(gòu)意圖；
[0024]圖6為本發(fā)明實(shí)施例四提供的多態(tài)PFC電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖7-圖10為本發(fā)明實(shí)施例五至八提供的多態(tài)PFC電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖11-圖12為本發(fā)明實(shí)施例九提供的用于三相交流電中的PFC電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]本發(fā)明實(shí)施例提供的多態(tài)功率因數(shù)校正電路，由于每個(gè)多態(tài)開關(guān)電路中的各個(gè)橋臂連接同一變壓器中的各個(gè)繞組，而當(dāng)多態(tài)功率因數(shù)校正電路中的每個(gè)多態(tài)開關(guān)電路中包括兩個(gè)橋臂時(shí)，由于該變壓器的原邊繞組的同名端與其副邊繞組的異名端相連，并且該變壓器的原邊繞組的匝數(shù)與其副邊繞組的匝數(shù)相等，因此，該變壓器的原邊繞組上的電流與其副邊繞組上的電流相等；而當(dāng)多態(tài)功率因數(shù)校正電路中的每個(gè)多態(tài)開關(guān)電路中包括三個(gè)或三個(gè)以上橋臂時(shí)，由于該變壓器的原邊繞組的同名端相連，該變壓器的副邊繞組首尾連接構(gòu)成電回路，并且該變壓器的原邊繞組的匝數(shù)與其副邊繞組的匝數(shù)相等，因此，該變壓器的各個(gè)原邊繞組上的電流相等，即與一個(gè)多態(tài)開關(guān)電路相連的變壓器可以實(shí)現(xiàn)自動均流，因此，在采樣一個(gè)多態(tài)開關(guān)電路與相連的防反灌元件導(dǎo)線上的電流就可以控制輸入電流，這減少了采樣電路的個(gè)數(shù)，簡化了電流控制器的結(jié)構(gòu)。
[0028]圖1是現(xiàn)有交錯并聯(lián)三電平PFC電路的一種結(jié)構(gòu)，交流電源AC、電感L11、開關(guān)管S11、二極管D11、電容C1、二極管Du構(gòu)成boost整流電路一；交流電源AC、電感L12、開關(guān)管S12、二極管D12、電容C1、二極管Du構(gòu)成boost整流電路二 ；整流電路一和整流電路二組成交錯并聯(lián)結(jié)構(gòu)一。交流電源AC、電感L21、開關(guān)管S21、二極管D21、電容C2、二極管Dd構(gòu)成boost整流電路三；電源AC、電感L22、開關(guān)管S22、二極管D22、電容C2、二極管Dd構(gòu)成boost整流電路四；整流電路三和整流電路四組成交錯并聯(lián)結(jié)構(gòu)二。交錯并聯(lián)結(jié)構(gòu)一工作在交流電源AC的正半周期，交錯并聯(lián)結(jié)構(gòu)二工作在交流電源AC的負(fù)半周期，二極管Du和二極管Dd是防止電流反灌的二極管。由于開關(guān)管S11、開關(guān)管S12和開關(guān)管S21、開關(guān)管S22的電壓應(yīng)力只是直流母線(即負(fù)載L兩端連接的導(dǎo)線)電壓的一半，所以，該P(yáng)FC電路具有三電平的特性，稱為交錯并聯(lián)三電平功率因數(shù)校正電路。當(dāng)交流電源AC的極性為左正右負(fù)時(shí)，交錯并聯(lián)結(jié)構(gòu)一工作，通過控制開關(guān)管Sll、S12的通斷實(shí)現(xiàn)整流升壓的目的，開關(guān)管Sll、S12導(dǎo)通時(shí)給電感Lll、L12儲能，Sll、S12關(guān)斷時(shí)電感Lll、L12和交流電源AC共同向電容C1充電。當(dāng)交流電源AC的極性為右正左負(fù)時(shí)，交錯并聯(lián)結(jié)構(gòu)二工作，交錯并聯(lián)結(jié)構(gòu)二與交錯并聯(lián)結(jié)構(gòu)一的工作方式相似。
[0029]下面結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多態(tài)PFC電路、用于三相交流電中的PFC電路和電力變換設(shè)備的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行說明。
[0030]本發(fā)明實(shí)施例一提供的多態(tài)PFC電路，如圖2所示。在圖2中，兩個(gè)防反灌元件分別為第一二極管D1和第二二極管D2，當(dāng)然，防反灌元件也可以為帶有控制端的晶閘管；兩個(gè)多態(tài)開關(guān)電路分別為第一多態(tài)開關(guān)電路21和第二多態(tài)開關(guān)電路22 ;兩個(gè)母線電容分別為第一電容C1和第二電容C2，當(dāng)然，母線電容也可以是由多個(gè)電容串\并聯(lián)構(gòu)成的結(jié)構(gòu)；第一電容C1和第二電容C2串聯(lián)在多態(tài)