CN101242135B - 三电平功率因数校正电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种三电平功率因数校正电路，控制地与中点之间断开，控制地悬浮；优选地，该三电平功率因数校正电路还包括电容，该电容串接在控制地与大地之间；本发明提供的三电平功率因数校正电路解决了现有技术存在的问题，保护采样电路不被干扰，排除了输出母线直流电压失控导致模块炸机的隐患，保证三相输入电流波形不发生严重畸变；本发明易于实现，成本低廉，性能稳定，利于推广。
Description
技术领域
本发明涉及基本电子电路领域，特别涉及一种三电平功率因数校正电路。
背景技术
现有的三电平功率因数校正(PFC)电路也称为Vienna变换器，其一种拓扑如图1所示，A、B、C是三相交流电压输入，VDC+、VDC-是高压直流输出，该电路中采样电路和控制电路的地称为控制地(GND)，该电路两输出电容C1、电容C2连接的中点称为中点(Midpoint)。一般的，控制电路(包括采样电路、控制PWM发波的电路等)的地取在中点，这样可以很方便地采样到直流输出电压Vp、Vn，其中Vp为VDC+与中点之间的电压，而Vn为VDC-与中点之间的电压。一些三电平功率因数校正电路采用分压电阻实现直流输出电压的采样。
但是，我们发现中点是与开关管Q3、Q4连接的，随着开关管Q3、Q4的开关动作，中点是个带有高频扰动噪声的点。控制地与中点连接在一起，那么高频噪声就很可能会从中点串到控制地上去，对控制电路主要是采样放大电路产生干扰。以往的电源模块体积做得比较大，在布板时，把主功率电路与采样电路分开很远，上述干扰影响比较小，这个问题没有被发现或者被忽视了。但是随着现在电源模块体积做得越来越小，布板时主功率电路与采样电路一般都要非常靠近，采样电路就会被串入很大的干扰信号，由于采样被干扰，对控制产生了很大的影响，使电源模块工作不正常，输入电流可能产生很大的谐波，输出母线直流电压容易失控导致炸机。另外，还可能导致三相输入电流波形严重畸变，谐波非常大的问题。
发明内容
本发明目的在于克服上述现有技术存在的问题，提供一种三电平功率因数校正电路，保护采样电路不被干扰。
根据一个实施例，本发明提供的三电平功率因数校正电路可包括采样电路和控制电路，所述采样电路由三个电阻支路构成，每个电阻支路由串联的两个电阻构成，三个电阻支路的一端各自连接到第一电感的一端、第二电感的一端和第三电感的一端，并且各自与三相交流电压输入连接，三个电阻支路的另一端共地。所述第一电感的另一端分别与第一二极管支路、以及第一开关管支路相连，第一二级管支路由串联的第一二极管和第二二极管构成，并且第一二极管的正极与第二二极管的负极相连，所述第一电感的另一端连接在第一二极管与第二二极管之间，第一开关管支路由串联的第一开关管和第二开关管构成，并且第一开关管的源极与第二开关管的漏极相连，所述第一电感的另一端连接至第一开关管的漏极。所述第二电感的另一端分别与第二二极管支路、以及第二开关管支路相连，第二二极管支路由串联的第三二极管和第四二极管构成，并且第三二极管的正极与第四二极管的负极相连，所述第二电感的另一端连接在第三二极管与第四二极管之间，第二开关管支路由串联的第三开关管和第四开关管构成，并且第三开关管的源极与第四开关管的漏极相连，所述第二电感的另一端连接至第三开关管的漏极。所述第三电感的另一端分别与第三二极管支路、以及第三开关管支路相连，第三二极管支路由串联的第五二极管和第六二极管构成，并且第五二极管的正极与第六二极管的负极相连，所述第三电感的另一端连接在第五二极管与第六二极管之间，第三开关管支路由串联的第五开关管和第六开关管构成，并且第五开关管的源极与第六开关管的漏极相连，所述第三电感的另一端连接至第五开关管的漏极。第一二极管的负极、第三二极管的负极、以及第五二极管的负极均连接至第一电容的正极，第二二极管的正极、第四二极管的正极、以及第六二极管的正极均连接至第二电容的负极，第一电容的负极与第二电容的正极相连，并且其连接线的中点称为中点。第二开关管的源极、第四开关管的源极、以及第六开关管的源极连接在一起，并且连接到所述中点。所述采样电路和所述控制电路共同的地为控制地，控制地与中点之间断开，控制地悬浮。
根据另一个实施例，本发明提供的三电平功率因数校正电路可包括采样电路和控制电路。所述采样电路由三个电阻支路构成，每个电阻支路由串联的两个电阻构成，三个电阻支路的一端各自连接到第一电感的一端、第二电感的一端和第三电感的一端，并且各自与三相交流电压输入连接，三个电阻支路的另一端共地。所述第一电感的另一端连接至第一二极管支路，其中，第一二极管支路由串联的第一二极管和第二二极管构成，并且第一二极管的正极与第二二极管的负极相连，所述第一电感的另一端连接在第一二极管与第二二极管之间。第一二极管支路与第一开关管支路、以及第二二极管支路并联，从而构成第一并联支路，其中，第一开关管支路由第一开关管构成，第二二极管支路由串联的第三二极管和第四二极管构成，并且第三二极管的正极与第四二极管的负极相连，其中，第一二极管的负极、第一开关管的漏极、以及第三二极管的负极连接在一起并且连接至第五二极管的正极，第二二极管的正极、第一开关管的源极、以及第四二极管的正极连接在一起并且连接至第六二极管的负极。所述第二电感的另一端连接至第三二极管支路，其中，第三二极管支路由串联的第七二极管和第八二极管构成，并且第七二极管的正极与第八二极管的负极相连，所述第二电感的另一端连接在第七二极管与第八二极管之间。第三二极管支路与第二开关管支路、以及第四二极管支路并联，从而构成第二并联支路，其中，第二开关管支路由第二开关管构成，第四二极管支路由串联的第九二极管和第十二极管构成，并且第九二极管的正极与第十二极管的负极相连，第七二极管的负极、第二开关管的漏极、以及第九二极管的负极连接在一起并且连接至第十一二极管的正极，第八二极管的正极、第二开关管的源极、以及第十二极管的正极连接在一起并且连接至第十二二极管的负极。所述第三电感的另一端连接至第五二极管支路，其中，第五二极管支路由串联的第十三二极管和第十四二极管构成，并且第十三二极管的正极与第十四二极管的负极相连，所述第三电感的另一端连接在第十三二极管与第十四二极管之间。第五二极管支路与第三开关管支路、以及第六二极管支路并联，从而构成第三并联支路，其中，第三开关管支路由第三开关管构成，第六二极管支路由串联的第十五二极管和第十六二极管构成，并且第十五二极管的正极与第十六二极管的负极相连，第十三二极管的负极、第三开关管的漏极、以及第十五二极管的负极连接在一起并且连接至第十七二极管的正极，第十四二极管的正极、第三开关管的源极、以及第十六二极管的正极连接在一起并且连接至第十八二极管的负极。第五二极管的负极、第十一二极管的负极、以及第十七二极管的负极连接至第一电容的正极，第六二极管的正极、第十二二极管的正极、以及第十八二极管的正极均连接至第二电容的负极，第一电容的负极与第二电容的正极相连，并且其连接线的中点称为中点。第三二极管与第四二极管之间的点、第九二极管与第十二极管之间的点、第十五二极管与第十六二极管之间的点连接在一起，并且连接到所述中点，所述采样电路和所述控制电路共同的地为控制地。其特征在于，所述控制地与所述中点之间断开，所述控制地悬浮。
优选地，该三电平功率因数校正电路还包括第三电容，该第三电容串接在控制地与大地之间；优选地，该三电平功率因数校正电路还包括差分采样电路，差分采样电路接收三电平功率因数校正电路的输出电压和中点电压，输出采样电压；该三电平功率因数校正电路还包括附加电阻，上述附加电阻串接在所述第三电容与大地之间，或串接在所述第三电容与控制地之间。
本发明提供的三电平功率因数校正电路解决了现有技术存在的问题，保护采样电路不被干扰，排除了输出母线直流电压失控导致模块炸机的隐患，保证三相输入电流波形不发生严重畸变；本发明易于实现，成本低廉，性能稳定，利于推广。
附图说明
图1是本发明现有三电平功率因数校正电路的电路图；
图2是本发明第一实施例提供的三电平功率因数校正电路的电路图；
图3是本发明第一实施例的电压采样示意图；
图4是本发明第二实施例提供的三电平功率因数校正电路的电路图；
图5是本发明第三实施例提供的三电平功率因数校正电路的电路图；
图6是本发明第四实施例提供的三电平功率因数校正电路的电路图；
图7是本发明第五实施例提供的三电平功率因数校正电路的电路图。
本发明目的、功能及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
参照图2，示出本发明第一实施例提供的三电平功率因数校正电路的电路图。
本实施例示出一种三电平功率因数校正电路，其中采样电路和控制电路的地称为控制地(GND)，该电路两输出电容C1、电容C2连接的中点称为中点(Midpoint)。本实施例中的控制地GND与中点之间断开，控制地悬浮。悬浮即控制地不取在三电平功率因数校正电路的主功率电路中的任一点，而是悬浮着。
该三电平功率因数校正电路通过差分采样电路采得C1、C2上的电压Vp和Vn，如图3所示，差分采样电路的VDC+、VDC-端分别与本实施例三电平功率因数校正电路的VDC+、VDC-端相连，差分采样电路的中点(Midpoint)端与本实施例三电平功率因数校正电路的中点(Midpoint)端相连。差分采样电路接收三电平功率因数校正电路的输出电压和中点电压，输出采样电压。
本实施例方案使控制地处在悬浮态，解决了现有三电平功率因数校正电路的主功率电路对控制电路的干扰问题，输入电流的谐波大幅减小，电源模块能够正常工作；排除了输出母线直流电压失控导致模块炸机的隐患。另外，采用这种方案还有一个好处：如图1所示的现有三电平功率因数校正电路中，控制地取在中点上，输入交流电压采样采得的电压是叠加了一个三次谐波的，所以对采出的信号Va、Vb、Vc还需要做一些处理才能得到交流电压。而本实施例把控制地与中点断开，采得的电压Va、Vb、Vc就是正弦电压，省去了做处理的环节，进一步简化了电路，节省成本。
上述第一实施例中使控制地悬浮虽然解决了现有技术存在的问题，但存在缺陷。控制地完全悬浮容易受干扰，容易产生较大的谐波。为进一步改善三电平功率因数校正电路性能，本发明提出第二实施例。
如图4所示一种三电平功率因数校正电路，其中控制地与中点之间断开，控制地悬浮，控制地与大地(PE)之间接Y电容C3。
本实施例在第一实施例基础上加入电容C3，电容C3连接在中点与大地PE之间，使控制地更加稳定，进一步优化电路，谐波进一步减小。本实施例中控制地与大地PE之间的电压很低，符合相关安全规范。
在上述第二实施例的基础上提出第三实施例，如图5所示三电平功率因数校正电路，控制地与中点之间断开，控制地点悬浮，控制地依次串接Y电容C3和电阻R之后连接到大地PE。
另外，还提出第四实施例，如图6所示的三电平功率因数校正电路，控制地与中点之间断开，控制地点悬浮，控制地依次串接电阻R和Y电容C3之后连接到大地PE。电阻R和电容C3的串接次序可以互相调换，还可以采用其他等效变换电路。
本发明适用于多种三电平功率因数校正电路，适用于母线带中点正负输出的电路变形拓扑。此处提出第五实施例，如图7所示，三电平功率因数校正电路，其中控制地与中点之间断开，控制地悬浮，控制地与大地PE之间接Y电容C3。
上述各实施例的三电平功率因数校正电路中，开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5和开关管Q6可以是内部带反并联二极管的MOSFET或IGBT开关器件，也可以是MOSFET、IGBT开关管外加反并联二极管。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种三电平功率因数校正电路，包括采样电路和控制电路，
所述采样电路由三个电阻支路构成，每个电阻支路由串联的两个电阻构成，三个电阻支路的一端各自连接到第一电感(L1)的一端、第二电感(L2)的一端和第三电感(L3)的一端，并且各自与三相交流电压输入连接，三个电阻支路的另一端共地，
所述第一电感(L1)的另一端分别与第一二极管支路、以及第一开关管支路相连，第一二级管支路由串联的第一二极管(D1)和第二二极管(D2)构成，并且第一二极管(D1)的正极与第二二极管(D2)的负极相连，所述第一电感(L1)的另一端连接在第一二极管(D1)与第二二极管(D2)之间，第一开关管支路由串联的第一开关管(Q1)和第二开关管(Q2)构成，并且第一开关管(Q1)的源极与第二开关管(Q2)的漏极相连，所述第一电感(L1)的另一端连接至第一开关管(Q1)的漏极，
所述第二电感(L2)的另一端分别与第二二极管支路、以及第二开关管支路相连，第二二极管支路由串联的第三二极管(D3)和第四二极管(D4)构成，并且第三二极管(D3)的正极与第四二极管(D4)的负极相连，所述第二电感(L2)的另一端连接在第三二极管(D3)与第四二极管(D4)之间，第二开关管支路由串联的第三开关管(Q3)和第四开关管(Q4)构成，并且第三开关管(Q3)的源极与第四开关管(Q4)的漏极相连，所述第二电感(L2)的另一端连接至第三开关管(Q3)的漏极，
所述第三电感(L3)的另一端分别与第三二极管支路、以及第三开关管支路相连，第三二极管支路由串联的第五二极管(D5)和第六二极管(D6)构成，并且第五二极管(D5)的正极与第六二极管(D6)的负极相连，所述第三电感(L3)的另一端连接在第五二极管(D5)与第六二极管(D6)之间，第三开关管支路由串联的第五开关管(Q5)和第六开关管(Q6)构成，并且第五开关管(Q5)的源极与第六开关管(Q6)的漏极相连，所述第三电感(L3)的另一端连接至第五开关管(Q5)的漏极，
第一二极管(D1)的负极、第三二极管(D3)的负极、以及第五二极管(D5)的负极均连接至第一电容(C1)的正极，第二二极管(D2)的正极、第四二极管(D4)的正极、以及第六二极管(D6)的正极均连接至第二电容(C2)的负极，第一电容(C1)的负极与第二电容(C2)的正极相连，并且其连接线的中点称为中点，
第二开关管(Q2)的源极、第四开关管(Q4)的源极、以及第六开关管(Q6)的源极连接在一起，并且连接到所述中点，
其中，所述采样电路和所述控制电路共同的地为控制地，
其特征在于，控制地与中点之间断开，控制地悬浮。
2.根据权利要求1所述的三电平功率因数校正电路，其特征在于，还包括第三电容(C3)，所述第三电容(C3)串接在所述控制地与大地之间。
3.根据权利要求1所述的三电平功率因数校正电路，其特征在于，还包括差分采样电路，所述差分采样电路接收所述三电平功率因数校正电路的输出电压和所述中点电压，输出采样电压。
4.根据权利要求2所述的三电平功率因数校正电路，其特征在于，还包括附加电阻，所述附加电阻串接在所述第三电容(C3)与大地之间。
5.根据权利要求2所述的三电平功率因数校正电路，其特征在于，还包括附加电阻，所述附加电阻串接在所述第三电容(C3)与控制地之间。
6.一种三电平功率因数校正电路，包括采样电路和控制电路，
所述采样电路由三个电阻支路构成，每个电阻支路由串联的两个电阻构成，三个电阻支路的一端各自连接到第一电感的一端、第二电感的一端和第三电感的一端，并且各自与三相交流电压输入连接，三个电阻支路的另一端共地，
所述第一电感的另一端连接至第一二极管支路，其中，第一二极管支路由串联的第一二极管和第二二极管构成，并且第一二极管的正极与第二二极管的负极相连，所述第一电感的另一端连接在第一二极管与第二二极管之间，
第一二极管支路与第一开关管支路、以及第二二极管支路并联，从而构成第一并联支路，其中，第一开关管支路由第一开关管构成，第二二极管支路由串联的第三二极管和第四二极管构成，并且第三二极管的正极与第四二极管的负极相连，其中，第一二极管的负极、第一开关管的漏极、以及第三二极管的负极连接在一起并且连接至第五二极管的正极，第二二极管的正极、第一开关管的源极、以及第四二极管的正极连接在一起并且连接至第六二极管的负极，
所述第二电感的另一端连接至第三二极管支路，其中，第三二极管支路由串联的第七二极管和第八二极管构成，并且第七二极管的正极与第八二极管的负极相连，所述第二电感的另一端连接在第七二极管与第八二极管之间，
第三二极管支路与第二开关管支路、以及第四二极管支路并联，从而构成第二并联支路，其中，第二开关管支路由第二开关管构成，第四二极管支路由串联的第九二极管和第十二极管构成，并且第九二极管的正极与第十二极管的负极相连，第七二极管的负极、第二开关管的漏极、以及第九二极管的负极连接在一起并且连接至第十一二极管的正极，第八二极管的正极、第二开关管的源极、以及第十二极管的正极连接在一起并且连接至第十二二极管的负极，
所述第三电感的另一端连接至第五二极管支路，其中，第五二极管支路由串联的第十三二极管和第十四二极管构成，并且第十三二极管的正极与第十四二极管的负极相连，所述第三电感的另一端连接在第十三二极管与第十四二极管之间，
第五二极管支路与第三开关管支路、以及第六二极管支路并联，从而构成第三并联支路，其中，第三开关管支路由第三开关管构成，第六二极管支路由串联的第十五二极管和第十六二极管构成，并且第十五二极管的正极与第十六二极管的负极相连，第十三二极管的负极、第三开关管的漏极、以及第十五二极管的负极连接在一起并且连接至第十七二极管的正极，第十四二极管的正极、第三开关管的源极、以及第十六二极管的正极连接在一起并且连接至第十八二极管的负极，
第五二极管的负极、第十一二极管的负极、以及第十七二极管的负极连接至第一电容的正极，第六二极管的正极、第十二二极管的正极、以及第十八二极管的正极均连接至第二电容的负极，第一电容的负极与第二电容的正极相连，并且其连接线的中点称为中点，
第三二极管与第四二极管之间的点、第九二极管与第十二极管之间的点、第十五二极管与第十六二极管之间的点连接在一起，并且连接到所述中点，
其中，所述采样电路和所述控制电路共同的地为控制地，
其特征在于，所述控制地与所述中点之间断开，还包括附加电容，所述附加电容串接在所述控制地与大地之间。
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