[发明专利]一种双开关升压型三相功率因素矫正电路的控制方法及实现装置

说明书

技术领域

本发明涉及功率因素矫正(PFC)技术，更具体地说，涉及一种双开关升压型三相功率因素矫正电路的控制方法及实现该方法的装置。

背景技术

较大功率(一般几千瓦以上)的电器设备，多以三相电压作为输入，而传统的设备以二极管或晶闸管整流滤波后直接用于后级负载，产生大量的谐波，成为电网的公害。国内和国际制定了限制谐波电流的相关标准，一些行业和应用环境对谐波有更高的要求，为此，采用以电力电子技术为基础的三相功率因素矫正技术正被越来越广泛地应用。

一些全控型的三相功率因素矫正电路可以实现0.99以上的功率因素，电流总谐波失真(THD)可小于5％，如图1表示的三相三开关升压电路，但图中的Sa、Sb、Sc必须是双向开关。如图2所示的三相六开关PFC电路，虽然可以实现完全控制，但电路复杂，成本高，控制也较复杂。

一些半控型三相功率因素矫正电路相对简单，如图3所示的三相单开关升压型PFC电路、图4所示的三相双开关升压型两电平PFC电路、图5所示的三相双开关升压型三电平PFC电路。其中三相双开关升压型PFC电路可以单独控制两个开关管，但已有的控制方法并不根据三相输入电压合理控制电子开关的中点电压，很难使输入电流THD达到5％以下。

本发明设法提高双开关升压型三相功率因素矫正电路的功率因素，降低谐波电流。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明根据三相双开关升压型PFC电路的原理，提出了三相双开关升压型PFC电路的控制方法及实现装置，通过合理设计，能提高功率因素，减小电流总谐波失真。

以图5所示的三相双开关升压型三电平PFC电路为例，说明本发明基本原理。这里以三相输入电压的平均值代替三相输入的理论中点电压。假设A相输入电压Vain和B相输入电压Vbin高于三相输入的中点电压Vn，而C相输入电压Vcin低于Vn，假设升压电感1a、1b、1c相同，均为1n，且电路工作在DCM状态，输出电容c1和c2上电压均为Vout，开关管S01和S02的连接点即开关管中点电压为Vsn，忽略二极管和开关管压降，开关管S01导通时间ton，关断时间toff，为方便计算，电压以Vn作参考点，即Vn＝0V，则A相电感电流可通过如下得到：

同样B相电感电流平均值为：

(Vbin-Vsn)xtonxtonxvout2lnx(ton+toff)x(Vout+Vsn-vbin)]]>

A相电感电流平均值Iaav＝Kx(Vain-Vsn)/(Vout+Vsn-Vain)

B相电感电流平均值Ibav＝Kx(Vbin-Vsn)/(Vout+Vsn-Vbin)

A相与B相电感电流平均值之比为：

假设Vain＞Vbin，根据上式，当Vsn＝0时，由于Vout-Vbin＞Vout-Vain，Iaav/Ibav的值将大于Vain/Vbin，即输入电压高的那一相电流更大。并且Vain与Vbin偏差越大，两者的比例偏差也越大，即畸变越大。

当-(Vout-Vain-Vbin)＜Vsn＜0时，可以使Iaav/Ibav比值减小，从而增大输入电压较低的那相的电流。同样道理，如果Vsn＞0，则会使输入电压较低的那一相电流更小，畸变更大。

根据初等数学基本知识，如果(Vout-Vain-Vbin)x(Vout-Vain-Vbin)-4VainxVbin＞0，可以根据方程-VainxVbin-(VsnxVsn+Vsnx(Vout-Vain-Vbin))＝0求解出Vsn使Iaav/Ibav与Vain/Vbin相同。