CN102739082B - 具有功率因数校正功能的三相整流降压电路 - Google Patents

Abstract

具有功率因数校正功能的三相整流降压电路，涉及一种整流电路。提供一种可减小对电网的污染、干扰并具有降低无功损耗等优点的具有功率因数校正功能的三相整流降压电路。设有主功率拓扑电路、隔离放大驱动电路、控制信号源、整流控制电路和电源；主功率拓扑电路设有市电三相输入电压开关、三相输入电抗、三相整流桥、滤波电容和降压变换电路；整流控制电路设有功率因数校正器控制电路、充电电流控制电路、整流前级6脉电压取样电路、整流器输出电压取样电路和整流器输出电压微调控制电路；电源为主功率拓扑电路、隔离放大驱动电路、控制信号源、整流控制电路供电。

Description

具有功率因数校正功能的三相整流降压电路

技术领域

本发明涉及一种整流电路，尤其是涉及一种具有功率因数校正功能的三相整流降压电路。

背景技术

当前大功率的整流器一般采用降压型6脉可控硅相控整流技术，其原理是通过控制三相的整流可控桥的导通角来控制输出直流电压的大小，其缺点是此控制方法必然对输入波形进行切割，即破坏了输入波形，从技术指标上其输入功率因数较低（一般为0.75以下），输入电流谐波较大（一般大于45%），特别是当输入电压较高，而输出电压较低时，其指标会更差，这样与一般行业规范的技术指标要求（＞0.95和＜15%）不符；较大的输入电流谐波和过低的功率因数会对电网形成污染、干扰，造成较大的无功损耗，因此往往需要在三相交流输入端加装无功补偿装置，这样不仅增加工程造价预算，而且增加使用面积。鉴于以上的问题，有必要对该控制技术方法进行优化。

中国专利CN102291036A公开一种电力电子技术领域的交流推挽变换-全桥整流的降压电路，包括高频变换电路和阻抗变换电路，高频变换电路的输出端与阻抗变换电路的输入端相连，所述高频变换电路包括依次级联的滤波电路、初级与次级带中心抽头的变压器、第一和第二推挽电路；阻抗变换电路为输出端并联滤波电容的全控型桥式整流电路，桥的两个桥臂的中点分别连接第二推挽电路的两个交流输出端，整流桥的输出端输出直流电压。

中国专利CN201774468U公开一种用电感滤波的电容降压电路，先用电容C1降压经整流电路整流，再经滤波电容C2滤波成直流电，此直流电先经由滤波电感L串联到浪涌吸收电路吸收浪涌电流，再接到负载。

发明内容

本发明的目的是提供一种可减小对电网的污染、干扰并具有降低无功损耗等优点的具有功率因数校正功能的三相整流降压电路。

本发明设有主功率拓扑电路、隔离放大驱动电路、控制信号源、整流控制电路和电源；

所述主功率拓扑电路设有市电三相输入电压开关、三相输入电抗、三相整流桥、滤波电容和降压变换电路；所述市电三相输入电压开关外接市电三相输入电压，市电三相输入电压开关、三相输入电抗、三相整流桥和滤波电容依次连接，滤波电容的6脉波直流电压输出端接降压变换电路的输入端，降压变换电路输出端输出直流电压为负载供电；

所述整流控制电路设有功率因数校正器控制电路、充电电流控制电路、整流前级6脉电压取样电路、整流器输出电压取样电路和整流器输出电压微调控制电路；

所述隔离放大驱动电路的输入端接功率因数校正器控制电路的输出端，所述隔离放大驱动电路的输出端接降压变换电路的驱动电压输入端；

所述控制信号源的输入端接整流器输出电压取样电路的取样信号输出端，控制信号源的输出端口分别与充电电流控制电路的控制信号输入端和整流器输出电压微调控制电路的控制信号输入端；

所述功率因数校正器控制电路的取样信号输入端接降压变换电路的电流采样信号输出端，功率因数校正器控制电路的驱动脉宽输出端接隔离放大驱动电路的输入端，功率因数校正器控制电路的整流前级6脉电压输入端接整流前级6脉电压取样电路的输出端，功率因数校正器控制电路的整流器输出电压输入端接整流器输出电压取样电路的输出端，整流器输出电压取样电路的整流器输出电压微调控制信号输入端接整流器输出电压微调控制电路的整流器输出电压微调控制信号输出端；充电电流控制电路的充电电流控制信号输出端接功率因数校正器控制电路的充电电流控制电路输入端；

所述电源为主功率拓扑电路、隔离放大驱动电路、控制信号源、整流控制电路供电。

所述降压变换电路可设有调整管、电抗器、续流二极管、滤波电容和电流传感器，所述调整管、电抗器、续流二极管、滤波电容和电流传感器依次连接，调整管的输入端接滤波电容的6脉波直流电压输出端；所述调整管采用单管绝缘栅双极型晶体管（IGBT）或场效应管（MOSFET）。

所述整流控制电路可采用带功率因数校正6脉单管绝缘栅双极型晶体管整流控制电路。

本发明在整流控制电路的作用下，使降压变换电路输出电流对三相不控整流后的6脉电压波形进行跟踪，从而使整流后的电流波形和电压波形基本一致，相当于三相交流输入电压经整流桥后直接带阻性负载。这样的控制结果会使输入功率因数接近于0.958。单管IGBT也可以是MOS管。通过对输入变压器工艺控制，调整变压器输出之间彼此的相位角度，该控制方法还可以组合成12、18脉波等的整流控制，从而得到更优的技术指标。

与已有的技术相比较，本发明具有以下优点：

⑴采用该控制技术方法后其三相交流输入的功率因数＞0.95，输入电流谐波＜15%，符合一般行业规范的技术指标要求，大大降低了整流器对电网形成污染、干扰和无功损耗，且无须加装无功补偿装置，减少了工程造价预算和使用面积；

⑵降压型可控硅相控整流需对六个可控硅同时控制，而该发明只需对单个IGBT的开通和关闭进行控制，控制方法较为简单、易实现、可靠性高，且非常适用于大功率整流器。

⑶采用平均电流实时控制技术，使IGBT开通电流实时受到有效控制，从而有效避免因过大的电压和电流应力致使IGBT损坏，因此有更可靠性。

⑷该发明采用高频控制技术使输出直流滤波电容的直流电压受到更为实时控制，输出电压精度高、整流器输出纹波电压小，在一样的输出纹波电压要求下输出滤波电容大大减少，可降低成本。

⑸该发明通过对输入变压器工艺控制，调整变压器输出之间彼此的相位角度，该控制方法还可以组合成12、18脉波等的整流控制，从而得到更优的技术指标，使功率因数接近于1，输入电流谐波小于5%。

附图说明

图1为本发明实施例的电路组成框图。

图2为本发明实施例的电路组成原理图。

具体实施方式

参见图1，本发明实施例设有主功率拓扑电路1、隔离放大驱动电路2、控制信号源3、整流控制电路4和电源5。

所述主功率拓扑电路1设有市电三相输入电压开关11（SW1）、三相输入电抗12（L1）、三相整流桥13（D1）、滤波电容14（C4）和降压变换电路15；所述市电三相输入电压开关11外接市电三相输入电压，市电三相输入电压开关11、三相输入电抗12、三相整流桥13和滤波电容14依次连接，滤波电容14的6脉波直流电压输出端接降压变换电路15的输入端，降压变换电路15输出端输出直流电压为负载供电。

所述整流控制电路4是带功率因数校正6脉单管绝缘栅双极型晶体管整流控制电路，所述整流控制电路4设有功率因数校正器控制电路41、充电电流控制电路42、整流前级6脉电压取样电路43、整流器输出电压取样电路44和整流器输出电压微调控制电路45。

所述隔离放大驱动电路2的输入端接功率因数校正器控制电路41的输出端，所述隔离放大驱动电路2的输出端接降压变换电路15的驱动电压输入端。

所述控制信号源3的输入端接整流器输出电压取样电路44的取样信号输出端，控制信号源3的输出端口分别与充电电流控制电路42的控制信号输入端和整流器输出电压微调控制电路45的控制信号输入端。

所述功率因数校正器控制电路41的取样信号输入端接降压变换电路15的电流采样信号输出端，功率因数校正器控制电路41的驱动脉宽输出端接隔离放大驱动电路2的输入端，功率因数校正器控制电路41的整流前级6脉电压输入端接整流前级6脉电压取样电路43的输出端，功率因数校正器控制电路41的整流器输出电压输入端接整流器输出电压取样电路44的输出端，整流器输出电压取样电路44的整流器输出电压微调控制信号输入端接整流器输出电压微调控制电路45的整流器输出电压微调控制信号输出端；充电电流控制电路42的充电电流控制信号输出端接功率因数校正器控制电路41的充电电流控制电路输入端。

所述电源5为主功率拓扑电路1、隔离放大驱动电路2、控制信号源3、整流控制电路4供电。

所述降压变换电路15可设有调整管Q1、电抗器L2、续流二极管D4、滤波电容C5和电流传感器HALL1，所述调整管Q1、电抗器L2、续流二极管D4、滤波电容C5和电流传感器HALL1依次连接，调整管Q1的输入端接滤波电容C4的6脉波直流电压输出端；所述调整管Q1采用单管绝缘栅双极型晶体管（IGBT）或场效应管（MOSFET）。

参见图2，框图1是主功率拓扑电路1，由5个虚线框（11、12、13、14、15）的功能模块组成：框图11是市电三相输入电压开关11（SW1），框图12是三相输入电抗12（L1），框图13是三相整流桥13（D1）、框图14是滤波电容14（C4），框图15是降压变换电路15，由IGBT（Q1）、高频电抗器L2、续流二极管D4、滤波电容C5和电流传感器HALL1组成一个降压变换电路，输出稳定的直流电压给蓄电池组或给逆变器供电。

框图2是隔离放大驱动电路2，由高速隔离光耦U1、推拉管Q2和Q3、驱动电阻R4和R5组成的隔离放大驱动电路去驱动IGBT（Q1）；

框图3是控制信号源3，用于提供控制信号接线端子（采集电池充放电流信号给主板分析判断处理，根据实际需求主板可输出相应的控制信号来微调整流器输出电压、充电电流和关闭整流器等）；

框图4是整流控制电路4，由5个虚线框（41、42、43、44、45）的功能模块组成。

虚线框41是功率因数校正器控制电路41，其中控制芯片为UC3854，引脚1：接地；引脚2：限流，由基准电压经R22和R10的分压值决定；引脚3、4、5：由R7、R8、R9、C22、C23组成电流负反馈补偿网络；6脚：内置乘法器的输入电流取样；引脚7、11：由R41、R42、R43、RP1、C25、C31组成一个电压负反馈补偿网络，通过调RP1可对整流器输出电压进行调整；引脚8：由R12、R13、R14、C9、C24组成两级滤波做为前馈电压信号输入；引脚9：基准电压输出；引脚10：通过R35来使能控制，由R18、C34组成延时开启；引脚12、14：由R34和C30组成震荡电路；引脚13：由C33的充电来控制启动时脉宽缓启动；引脚15：电源供应；引脚16：驱动脉宽输出。也可以是TK83854、ML4821等这类平均电流控制的芯片的电路组成。

虚线框42是充电电流控制电路42：+12VA通过R36和RP2、R3、R6、C16分压滤波给U4-10P当参考门坎，通过调RP2或R3输入电压可微调充电电流；霍尔电流传感器2取样电流经R37、R38、C35、U4C反馈网络控制输出，并经过R40、D5来限制UC3845的电压反馈环输出的大小，从而控制整流器的充电电流。

虚线框43是整流前级6脉电压取样电路43：由R26～R31、C26、C27、U3B组成差分变压取样，再经R16、R17、R21、U3C反相送给UC3854的前馈电压信号和前馈电流信号的输入，来做为功率因数校正和输出功率控制；

虚线框44是整流器输出电压取样电路44：由R46～R51、C28、C29、U3A组成差分变压取样，再经R19、R20、R23、U3D反相送给UC3854的反馈电压取样输入，来控制整流器的输出电压；

虚线框45是整流器输出电压微调控制电路45：将送来的充电电压微调控制信号，经R24、R45、R52、U4D组成一个积分滤波电路，经R44输出给U3D的3脚的门槛从而起到对整流器输出电压控制的作用。

在整流控制电路4的作用下，使降压变换电路15输出电流对三相不控整流后的6脉电压波形进行跟踪，从而使整流后的电流波形和电压波形基本一致，相当于三相交流输入电压经整流桥后直接带阻性负载。这样的控制结果会使输入功率因数接近于0.958。单管IGBT也可以是MOS管。通过对输入变压器工艺控制，调整变压器输出之间彼此的相位角度，该控制方法还可以组合成12、18脉波等的整流控制，从而得到更优的技术指标。

Claims (3)

1.具有功率因数校正功能的三相整流降压电路，其特征在于设有主功率拓扑电路、隔离放大驱动电路、控制信号源、整流控制电路和电源；

所述主功率拓扑电路设有市电三相输入电压开关、三相输入电抗、三相整流桥、滤波电容和降压变换电路；所述市电三相输入电压开关外接市电三相输入电压，市电三相输入电压开关、三相输入电抗、三相整流桥和滤波电容依次连接，滤波电容的6脉波直流电压输出端接降压变换电路的输入端，降压变换电路输出端输出直流电压为负载供电；

所述整流控制电路设有功率因数校正器控制电路、充电电流控制电路、整流前级6脉电压取样电路、整流器输出电压取样电路和整流器输出电压微调控制电路；

所述隔离放大驱动电路的输入端接功率因数校正器控制电路的输出端，所述隔离放大驱动电路的输出端接降压变换电路的驱动电压输入端；

所述控制信号源的输入端接整流器输出电压取样电路的取样信号输出端，控制信号源的输出端口分别与充电电流控制电路的控制信号输入端和整流器输出电压微调控制电路的控制信号输入端连接；

所述功率因数校正器控制电路的取样信号输入端接降压变换电路的电流采样信号输出端，功率因数校正器控制电路的驱动脉宽输出端接隔离放大驱动电路的输入端，功率因数校正器控制电路的整流前级6脉电压输入端接整流前级6脉电压取样电路的输出端，功率因数校正器控制电路的整流器输出电压输入端接整流器输出电压取样电路的输出端，整流器输出电压取样电路的整流器输出电压微调控制信号输入端接整流器输出电压微调控制电路的整流器输出电压微调控制信号输出端；充电电流控制电路的充电电流控制信号输出端接功率因数校正器控制电路的充电电流控制电路输入端；

所述电源为主功率拓扑电路、隔离放大驱动电路、控制信号源、整流控制电路供电。

2.如权利要求1所述的具有功率因数校正功能的三相整流降压电路，其特征在于所述降压变换电路设有调整管、续流二极管、电抗器、滤波电容和电流传感器，所述调整管、续流二极管、电抗器、滤波电容和电流传感器依次连接，调整管的输入端接滤波电容的6脉波直流电压输出端；所述调整管采用单管绝缘栅双极型晶体管或场效应管。

3.如权利要求1所述的具有功率因数校正功能的三相整流降压电路，其特征在于所述整流控制电路为带功率因数校正6脉单管绝缘栅双极型晶体管整流控制电路。