[发明专利]功率因数校正电路及工业机器人

说明书

本公开的实施例涉及功率因数校正电路和工业机器人。该功率因数校正电路包括：第一和第二AC端子；第一和第二DC端子；连接到第一AC端子的第一输入电感器；连接到第二AC端子的第二输入电感器；第一耦合电感器，其包括多个第一绕组，多个第一绕组中的每一个均包括连接到第一输入电感器的第一端且包括第二端；第二耦合电感器，其包括数量与多个第一绕组相同的多个第二绕组，多个第二绕组中的每一个均包括连接到第二输入电感器的第一端且包括第二端；功率转换单元，其包括并联地连接在第一和第二DC端子之间的多个支路，支路中的每一个均包括高侧和低侧可控半导体器件，其中多个第一和第二绕组中的每一个的第二端连接到在相应的高侧和低侧可控半导体器件之间的中点；开关电路，其布置在第一和第二AC端子与第二DC端子之间，并且被配置用于抑制功率因数校正电路的泄漏电流。

技术领域

本公开的实施例总体上涉及功率转换领域，并且更具体地涉及功率因数校正电路和包括该功率因数校正电路的工业机器人。

背景技术

工业机器人的传统电源模块通常包括无源二极管全桥整流器。全桥整流器只能提供单向功率转换能力。然而，在机器人的操作期间，机器人中的马达的频繁制动可能产生大的再生功率。再生功率可以在功率模块中的泄放电阻器上耗散，导致功率模块的较低效率以及功率模块和机器人的控制器机柜的较高热增加。此外，无源二极管全桥整流器的功率因数非常差，这将不利地污染电网。因此，需要具有双向功率转换能力的功率因数校正(PFC)电路来提高功率模块的性能。

机器人中的PFC电路的一个主要问题是大的泄漏电容，包括在电动机中的绕组和轴承之间的泄漏电容、电缆之间的泄漏电容、DC总线和地之间的Y电容器等。当高频共模(CM)电压波动时，可能产生大的剩余电流。对于小型和中型机器人来说，大的剩余电流是不可接受的。因此，用于机器人的PFC电路需要具有泄漏电流抑制能力。

另一方面，为了商业利益，机器人中的整个控制器的尺寸是有限的。它不仅需要PFC电路的小尺寸，而且需要PFC电路的高效率，以减轻整个控制器的冷却负担，特别是对于与外部没有空气交换的控制器机柜。

因此，需要一种具有双向功率转换能力、泄漏电流抑制能力和小尺寸的PFC电路。

发明内容

鉴于上述问题，本公开的各种示例性实施例提供了一种具有双向功率转换能力的PFC电路，其可以在抑制泄漏电流的同时使PFC电路的尺寸最小化。

在本公开的第一方面中，本公开的示例性实施例提供了一种功率因数校正(PFC)电路。该功率因数校正电路包括第一和第二AC端子；第一和第二DC端子；连接到所述第一AC端子的第一输入电感器；连接到所述第二AC端子的第二输入电感器；第一耦合电感器，其包括多个第一绕组，所述多个第一绕组中的每一个均包括连接到所述第一输入电感器的第一端且包括第二端；第二耦合电感器，包括数量与所述多个第一绕组相同的多个第二绕组，所述多个第二绕组中的每一个均包括连接到所述第二输入电感器的第一端且包括第二端；功率转换单元，其包括并联地连接在所述第一DC端子与所述第二DC端子之间的多个支路，这些支路中的每一个都包括高侧及低侧可控半导体器件，其中所述多个第一绕组及所述多个第二绕组中的每一个的所述第二端连接到在相应的高侧可控半导体器件与低侧可控半导体器件之间的中点；以及开关电路，其布置在所述第一AC端子和所述第二AC端子与所述第二DC端子之间，并且被配置用于抑制所述功率因数校正电路的泄漏电流。

在一些实施例中，高侧和低侧可控半导体器件中的每一个均包括MOSFET。

在一些实施例中，开关电路包括：在第一和第二AC端子之间串联连接的第一和第二可控双向开关；以及电容器，其连接在第一和第二可控双向开关之间的连接点与所述第二DC端子之间，其中，在第一和第二AC端子之间在AC电压的正半周期中，所述第一可控双向开关闭合，所述第二可控双向开关断开，其中，在所述AC电压的负半周期中，所述第一可控双向开关断开，并且所述第二可控双向开关闭合。