CN103259423A - 三相ac-dc变换电路、变换方法及其控制系统 - Google Patents

三相ac-dc变换电路、变换方法及其控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种三相AC-DC变换电路、变换方法及其控制系统。该变换电路包括：三相交流源，包括第一、第二和第三输出端；第一、第二和第三AC-DC变换模块，分别电连接至三相交流源的第一、第二和第三输出端，且分别包括N1、N2和N3个并联连接的AC-DC变换器；以及直流侧输出端，与第一、第二和第三AC-DC变换模块的相互并联的输出端电连接；其中，N1、N2和N3中的至少一个大于或等于2。采用本发明，通过至少一个AC-DC变换模块中的两个或两个以上并联连接的AC-DC变换器并联交错工作，使电感在较小感量下可得到较小的输入电流纹波，也可提高功率变换器的功率密度。

Description

三相AC-DC变换电路、变换方法及其控制系统
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及用于功率变换器的三相AC-DC变换电路、变换方法及其控制系统。
背景技术
随着电力电子技术的发展，对电力电子变换器的输入电流的谐波含量要求越来越高。以三相功率因数校正(PFC，Power FactorCorrection)电路来说，其输入电流的谐波主要来自高频开关器件切换时所造成的电流脉动，因而，为减小该输入电流的谐波，在高频开关器件的开关频率保持不变的情形下，现有技术中的一种解决方式是在于，增加三相PFC电路中的电感量或提高EMI环节的滤波效果，以减少电流脉动。但是，无论是增大PFC电路中的电感量还是EMI环节中的滤波电感，均会导致电感体积的增大。
另一方面，在电力电子变换器中，考虑电路的可靠性和生产的简便，往往采用多级电路的级联结构，因而在级联时几乎都具有直流母线(DC Bus)，并且在直流母线上往往并联很大的电解电容。举例来说，常见的通信电源模块，通常使用具有直流母线的两级结构，前级电路通常是功率因数校正电路，后级电路通常是直流-直流变换电路。在前级电路和后级电路稳态工作时，注入电流的平均值与抽取电流的平均值相同，但注入电流和抽取电流各自的瞬时电流不同，藉由该电解电容仅使交流电流通过，以平衡前后两级瞬时功率的不平衡。
然而，电解电容在功率变换器中也会占据很大的体积，成本也很高。此外，由于电解电容自身的工艺特点，其工作时需要尽可能地降低它的温升来延长使用寿命。一般来说，电解电容温度的升高，主要包括两方面的因素，其一是交流电流在其等效串联电阻上的损耗，其二是由于环境温度及散热条件对它的影响，也包括其他发热组件对它的温度影响。在现有技术中，针对电解电容发热问题，一种解决方式是在于增加电解电容的数量或体积，以便减小其等效串联电阻，进而降低损耗。但是，电解电容的数量增加或体积增大势必会增大整个系统的体积，导致变换器的功率密度降低。另一解决方式是仅仅增强电解电容的散热能力，诸如增大系统的风量，但系统若运行在高温环境下，电解电容的散热效果并不明显。
有鉴于此，如何设计一种新的功率变换器，以便减小其输入电感和降低电解电容的温升，进而提高功率变换器的功率密度，是业内相关技术人员亟待解决的一项课题。
发明内容
针对现有技术中的功率变换器在提升功率密度时所存在的上述阻碍，本发明提供了一种三相AC-DC变换电路、变换方法及其控制系统。
本发明的第一个方面，提供了一种三相AC-DC变换电路，包括：
一三相交流源，包括一第一、第二和第三输出端，藉由所述第一、第二和第三输出端来输出三相交流电；
一第一AC-DC变换模块，电性连接至所述三相交流源的第一输出端，其包括N1个并联连接的AC-DC变换器；
一第二AC-DC变换模块，电性连接至所述三相交流源的第二输出端，其包括N2个并联连接的AC-DC变换器；
一第三AC-DC变换模块，电性连接至所述三相交流源的第三输出端，其包括N3个并联连接的AC-DC变换器；以及
一直流侧输出端，与所述第一、第二和第三AC-DC变换模块的相互并联的输出端电连接，用于输出一直流电压；
其中，N1、N2和N3均为自然数，N1、N2和N3中的至少一个大于或等于2。
在本发明第一方面的一些实施例中，该AC-DC变换器包括一输入电感和一整流电路，输入电感电连接于三相交流源与整流电路之间。直流侧输出端也并联接有一直流母线电容。该整流电路为半桥、全桥或维也纳整流电路。该三相AC-DC变换电路还包括一驱动控制器，驱动控制器控制第一、第二和第三AC-DC变换模块中各自的AC-DC变换器运行，且控制同一AC-DC变换模块中的N个AC-DC变换器各自的驱动控制信号之间以预设相位差运行，N为大于等于2的自然数。
在本发明第一方面的此些实施例中，N1、N2和N3可取均大于或等于2。N1、N2和N3均等于2时，同一个AC-DC变换模块中的两个AC-DC变换器各自的驱动控制信号之间预设的相位差大于0且小于等于180。N1、N2和N3均大于等于3时，同一AC-DC变换模块中的第N个AC-DC变换器与第N-1个AC-DC变换器各自的驱动控制信号之间的预设相位差等于第N-1个AC-DC变换器与第N-2个AC-DC变换器各自的驱动控制信号之间的预设相位差。当然，在其他的实施例中，对于N1、N2和N3均大于等于2情况，同一AC-DC变换模块中两个变换器的驱动控制信号之间的预设相位差也可以不相等，视不同设计要求而定。
在本发明第一方面的另一些实施例中，三个AC-DC变换模块中每个AC-DC变化模块中两个AC-DC变换器之间驱动控制信号之间的预设相位差等于360/N。N代表该AC-DC变换模块中AC-DC变换器的个数。
本发明的第二个方面，提供了一种三相AC-DC变换电路的变换方法，其中，该方法包括以下步骤：
提供一三相AC-DC变换电路和一三相交流源，三相AC-DC变换电路包括至少三个AC-DC变换模块，分别对应连接三相交流源中的一相，三个AC-DC变换模块之中至少有一个AC-DC变换模块包括多个并联连接的AC-DC变换器，三个AC-DC变换模块的输出端并联连接作为三相AC-DC变换电路的直流侧输出端；以及
在包括多个并联连接的AC-DC变换器的至少一个AC-DC变换模块中，控制多个AC-DC变换器各自的驱动控制信号之间以预设相位差运行，以实现交流到直流的变换。
在本发明第二方面的一些实施例中，AC-DC变换器设置有一输入电感和一整流电路，输入电感设置于所述三相交流源与所述整流电路之间。此外，整流电路设置为维也纳整流电路。
在本发明第二方面的此些实施例中，AC-DC变换电路设置所述三个AC-DC变换模块均包括两个或两个以上并联连接的AC-DC变换器。控制三个AC-DC变换模块中的每一AC-DC变换模块各自的AC-DC变换器的驱动控制信号之间以预设相位差运行。控制同一个AC-DC变换模块中的两个AC-DC变换器的驱动控制信号之间的相位差等于360/N，或者根据设计需要设定同一个AC-DC变换模块中两个AC-DC变换器的驱动控制信号之间的相位差，并非局限于360/N。
本发明的第三个方面，提供了一种三相AC-DC变换电路的控制系统，包括：
一三相参考电流生成电路，接收三相AC-DC变换电路直流侧输出端的电压信号、一参考输出电压信号以及三相交流源每一相的相电压信号，输出一三相参考电流信号；
多个电流误差调节器，电流误差调节器的数目与AC-DC变换器的数目相等，每一电流误差调节器接收三相参考电流信号中的一相参考电流信号和与电流误差调节器接收的相参考电流信号对应的AC-DC模块中一AC-DC变换器的输入电流采样信号，输出一电流调节信号用于调节所接收的输入电流采样信号对应的AC-DC变换器；以及
一驱动控制器，存储有AC-DC变换模块中两个或两个以上的AC-DC变换器各自的驱动控制信号之间的预设相位差，接收多个电流误差调节器输出的多个电流调节信号，基于存储的AC-DC变换模块中AC-DC变换器各自的驱动控制信号之间的预设相位差，输出对应于每个AC-DC变换模块中AC-DC变换器的驱动控制信号。
在本发明第三方面的一些实施例中，该三相参考电流生成电路包括：一电压调节器，接收AC-DC变换电路直流侧输出端的电压信号和参考输出电压信号，输出一电压调节信号；以及一参考电流构建器，接收电压调节信号和三相交流源每一相的相电压信号，输出三相参考电流信号。在此些实施例中，参考电流构建器包括三个乘法器，三个乘法器一对一接收三相交流源每一相的相电压信号，三个乘法器均接收电压调节信号，每个乘法器将电压调节信号与接收的相电压信号相乘输出三相参考电流信号中的一相参考电流信号，三个乘法器输出三相参考电流信号。其中，电压调节器为比例积分调节器、比例积分微分调节器或比例调节器。电流误差调节器为比例积分调节器、比例积分微分调节器或比例调节器。
采用本发明的三相AC-DC变换电路、变换方法及其控制系统，通过至少一个AC-DC变换模块中的两个或两个以上并联连接的AC-DC变换器并联交错工作，使电感在较小感量下可得到较小的输入电流纹波，也可提高功率变换器的功率密度。若本发明的三相AC-DC变换电路输出端并接有一直流母线电容，本发明提供的三相AC-DC变换电路可有效降低流过直流母线电容的电流有效值，缓解直流母线电容发热问题。
附图说明
读者在参照附图阅读了本发明的具体实施方式以后，将会更清楚地了解本发明的各个方面。其中，
图1示出现有技术中的三相AC-DC变换电路的电路框图；
图2示出图1的三相AC-DC变换电路中流经R相的电流在一个工频周期内的电流波形；
图3示出图1的三相AC-DC变换电路中流经R相的电流在5个开关周期内的电流波形；
图4示出图1的三相AC-DC变换电路中流过直流母线电容C1的电流在一个工频周期内的电流波形；
图5示出图1的三相AC-DC变换电路中流过直流母线电容C1的电流在5个开关周期内的电流波形；
图6示出依据本发明的一实施方式的三相AC-DC变换电路的电路框图；
图7示出图6的三相AC-DC变换电路中，同一相的两个AC-DC变换器各自的驱动控制信号的电压波形；
图8示出图6的三相AC-DC变换电路的一具体实施例的电路原理图；
图9示出图6的三相AC-DC变换电路的另一具体实施例的电路原理图；
图10示出图6的三相AC-DC变换电路的又一具体实施例的电路原理图；
图11示出图6的三相AC-DC变换电路的再一具体实施例的电路原理图；
图12示出图9的三相AC-DC变换电路中流经R相的电流在一个工频周期内的电流波形；
图13示出图9的三相AC-DC变换电路中流经R相的电流在5个开关周期内的电流波形；
图14示出图9的三相AC-DC变换电路中流过直流母线电容C1的电流在一个工频周期内的电流波形；
图15示出图9的三相AC-DC变换电路中流过直流母线电容C1的电流在5个开关周期内的电流波形；以及
图16示出依据本发明的另一实施方式的用于三相AC-DC变换电路的控制系统的电路原理示意图。
具体实施方式
为了使本申请所揭示的技术内容更加详尽与完备，可参照附图以及本发明的下述各种具体实施例，附图中相同的标记代表相同或相似的组件。然而，本领域的普通技术人员应当理解，下文中所提供的实施例并非用来限制本发明所涵盖的范围。此外，附图仅仅用于示意性地加以说明，并未依照其原尺寸进行绘制。
下面参照附图，对本发明各个方面的具体实施方式作进一步的详细描述。
图1示出一种三相AC-DC变换电路的电路框图。参照图1，该三相AC-DC变换电路采用维也纳(Vienna)整流电路架构，并且，该三相AC-DC变换电路中的每一相均包括单个变换器。以R相为例，该变换器包括电感L1，二极管D1和D2串联组成的第一桥臂，开关管Q1和Q2串联组成的第二桥臂，以及二极管D3和D4。其中，电感L1连接于三相交流源的R相与第一桥臂的中点之间，二极管D3设置于第一桥臂的上桥臂端与直流侧输出端的正输出端子，二极管D4设置于第一桥臂的下桥臂端与直流侧输出端的负输出端子，并且二极管D3和D4的设置方向相反。
图2示出图1的三相AC-DC变换电路中流经R相的电流在一个工频周期内的电流波形。图3示出图1的三相AC-DC变换电路中流经R相的电流在5个开关周期内的电流波形。
请参照图2和图3，以三相交流电200VAC RMS(Root MeanSquare，均方根)，直流母线电压800V，功率12kW，开关管的开关频率20kHz为例，若电感L1、L2和L3的感量均为600uH，则流经R相的电流，亦即，流过R相上的电感L1的电流在一个工频周期内的电流纹波有效值为2A，该电流波形的THD(TotalHarmonic Distortion，总谐波失真)为10.05％，如图2所示。而图3为流经R相的电流在5个开关周期(即从20Ts到25Ts)内的电流波形。
图4示出图1的三相AC-DC变换电路中流过直流母线电容C1的电流在一个工频周期内的电流波形。图5示出图1的三相AC-DC变换电路中流过直流母线电容C1的电流在5个开关周期内的电流波形。
请参照图4和图5，若三相AC-DC变换电路后级为阻性负载仅吸收直流电流，则流经直流母线电容C1的电流在一个工频周期内的电流纹波有效值为12.89A，如图4所示。图5为流过直流母线电容C1的电流在5个开关周期(即从0到5Ts)内的电流波形。
从以上内容可以得出，在该三相AC-DC变换电路中，虽然Vienna电路具有效率高、开关频率高、可使用低耐压半导体器件和综合成本低等优点。然而，该变换电路中的输入电流的纹波成分较大，并且直流母线并联的电解电容的温升较大。为了降低输入电流谐波和降低电容温升，往往需要增大变换电路的体积，因而会导致变换电路的功率密度降低。
图6示出依据本发明的一实施方式的三相AC-DC变换电路的电路框图。参照图6，该三相AC-DC变换电路包括一三相交流源10、一第一AC-DC变换模块21、一第二AC-DC变换模块22、一第三AC-DC变换模块23和一直流侧输出端。
具体来说，该三相交流源10包括一第一(R相)输出端、一第二(S相)输出端和一第三(T相)输出端，藉由该R相、S相和T相各自的输出端来输出三相交流电。第一AC-DC变换模块21电连接至三相交流源10的第一输出端，其包括N1个并联连接的AC-DC变换器(AC/DC变换器1，AC/DC变换器2，...，AC/DC变换器N1)；第二AC-DC变换模块22电连接至三相交流源10的第二输出端，其包括N2个并联连接的AC-DC变换器(AC/DC变换器1，AC/DC变换器2，...，AC/DC变换器N2)；第三AC-DC变换模块23电连接至三相交流源10的第三输出端，其包括N3个并联连接的AC-DC变换器(AC/DC变换器1，AC/DC变换器2，...，AC/DC变换器N3)。其中，N1、N2和N3均为自然数，N1、N2和N3中的至少一个大于或等于2。
请参阅图7，图7例举了在本发明三相AC-DC变换电路的实施例中，包含大于等于2个并联的AC-DC变换器的AC-DC变换模块，对应于其中两个AC-DC变换器的两个驱动控制信号U1和U2。从图7可看出此两个驱动控制信号之间存在一预设相位差，可实现同一AC-DC变换模块中两个AC-DC变换器的错相工作。
图8～图11例举了本发明三相AC-DC变换电路中AC-DC变换模块所包括的AC-DC变换器的拓扑图结构，但并不局限于此。如图8至图11所示，R相并联的AC-DC变换器R1、R2，S相并联的AC-DC变换器S1、S2和T相并联的AC-DC变换器T1、T2，每一AC-DC变换器包括一输入电感和一整流器，输入电感电连接于三相交流源与整流电路之间。图8～图11例举的整流电路的结构有半桥、全桥或维也纳整流电路。由于这些整流电路的结构为本领域人员所熟知，所以不在这进一步具体的描述。
图8～图11虽然例举了三相AC-DC变换电路中三个AC-DC变换模块均包括两个或两个以上的AC-DC变换器的实施例，然而三相AC-DC变换电路中只要有一个AC-DC变换模块采用多个AC-DC变换器并联的结构，可使得该AC-DC变换模块中的输入电流谐波减小，每个变换器的输入电感体积可得到一定程度地减小。当然三个AC-DC变换模块均采用多个AC-DC变换器并联的结构可使本发明AC-DC变换电路的三相输入电流的谐波得到抑制。
此外在图8～图11所例举的本发明三相AC-DC变换电路的实施例，三相AC-DC变换电路还包括一驱动控制器，在图6，图8至图11中并未示意出。如图6所示，该驱动控制器控制第一、第二和第三AC-DC变换模块21、22和23中各自的AC-DC变换器运行，且控制同一AC-DC变换模块中的N个AC-DC变换器各自的驱动控制信号之间以预设相位差运行，实现同一个AC-DC变换模块中N个AC-DC变换器的驱动信号之间错相工作即可。其中，N为大于等于2的自然数。
如图6，图8至图11所示，直流侧输出端包括正输出端子OUT1和负输出端子OUT2，其与第一、第二和第三AC-DC变换模块的相互并联的输出端电连接，用来输出一直流电压。该直流侧输出端可如图8至图10所示，直流侧输出端并联接有一直流母线电容支路，直流母线电容支路包括两相互串联的直流母线电容C1和C2。也可如图9所示，两直流母线电容共接于一中点，中点与所述三相交流源的中性点N电连接。或者，如图11所示，直流侧输出端并联接有一直流母线电容C1。
因此，无论本发明三相AC-DC变换电路直流输出端连接有何种拓扑结构的直流母线电容，三相AC-DC变换电路中只要有一包含多个AC-DC变换器的AC-DC变换模块中多个AC-DC变换器的驱动控制信号之间相互错相，实现多个AC-DC变换器的错相工作，可使流过AC-DC变换电路直流输出端的直流母线电容的电流有效值降低，从而缓解直流母线电容的发热问题，也可使直流母线电容值得到一定程度降低。当然，若三个AC-DC变换模块中均有多个AC-DC变换器，且每个AC-DC变换模块中的多个AC-DC变换器错相工作，可获得更好的效果，不在这赘述了。
图8至图11例举的本发明三相AC-DC变换电路的实施例为三个AC-DC变换模块均包含两个AC-DC变换器的情况。对于N等于2的情况，同一个AC-DC变换模块中的两个AC-DC变换器各自的驱动控制信号之间预设相位差大于0且小于等于360/2。当然，在本发明AC-DC变换电路的其他一些实施例中，也会存在N大于等于3的情况，同一AC-DC变换模块中的两个AC-DC变换器的驱动信号之间的预设相位差可以相同，也可以不同。在另一些实施例中，为简化AC-DC变换模块中各AC-DC驱动控制信号设置和控制，对与N大于等于3的情况，第N个AC-DC变换器与第N-1个AC-DC变换器各自的驱动控制信号之间的预设相位差等于第N-1个AC-DC变换器与第N-2个AC-DC变换器各自的驱动控制信号之间的预设相位差。无论实施例是上述N的何种情况，同一个AC-DC变换模块中两AC-DC变换器的预设相位差大于0且小于等于360/N。然而，在一些实施例，在达到本发明所要解决的问题前提下，进一步简化AC-DC变换模块的控制，也可以将包含N个AC-DC变换器的同一AC-DC变换模块中两个AC-DC变换器的驱动控制信号之间的预设相位差均设置为360/N。
本领域的技术人员应当理解，图6不仅可用来阐述本发明的三相AC-DC变换电路的电路框图，也可用于说明与该三相AC-DC变换电路相对应的变换方法。在该变换方法中，提供一三相AC-DC变换电路和一三相交流源。其中，该三相AC-DC变换电路包括至少三个AC-DC变换模块，它们分别对应连接该三相交流源中的一相，并且这些AC-DC变换模块之中至少有一个AC-DC变换模块包括两个或两个以上并联连接的AC-DC变换器。三个AC-DC变换模块的输出端并联连接作为该三相AC-DC变换电路的直流侧输出端。在包括多个并联连接的AC-DC变换器的至少一个AC-DC变换模块中，控制这些AC-DC变换器各自的驱动控制信号之间以预设相位差运行，以实现交流到直流的变换。
在本发明三相AC-DC变换电路的变换方法一些实施例中，该三相AC-DC变换电路设置三个AC-DC变换模块均包括两个或两个以上并联连接的AC-DC变换器。对应地，控制三个AC-DC变换模块中的每一AC-DC变换模块各自的AC-DC变换器的驱动控制信号之间以预设相位差运行。
图7示出图6的三相AC-DC变换电路中，同一相的两个AC-DC变换器各自的驱动控制信号的电压波形。参照图7，以三相AC-DC变换电路中的第一AC-DC变换模块为例，U1为该变换模块的一AC-DC变换器的驱动控制信号的电压波形，U2为该变换模块的另一AC-DC变换器的驱动控制信号的电压波形，并且上述两个电压波形之间的周期差为Ts/n，Ts为AC-DC变换器中的开关管的开关周期，对应地，两个驱动控制信号的电压波形的相位差相差360/N。对于三相AC-DC变换电路中同一个AC-DC变换模块中多个AC-DC变换器的驱动控制信号的控制方法以上AC-DC变换电路的实施例中有描述，因此，不在此做重复的说明。
以下为基于图9所示AC-DC变换电路的变换方法，对此变换方法所存在的优点进行进一步补充说明。图12示出图9的三相AC-DC变换电路中流经R相的电流在一个工频周期内的电流波形。图13示出图9的三相AC-DC变换电路中流经R相的电流在5个开关周期内的电流波形。
请参照图12和图13，以三相交流电200VAC RMS(Root MeanSquare，均方根)，直流母线电压800V，功率12kW，开关管的开关频率20kHz为例进行说明，电感L1、L2、L3、L4、L5和L6的感量均为600uH。采用本发明的三相AC-DC变换电路后，流过R相的电流在一个工频周期内的电流纹波有效值为0.9A，该电流波形的THD(Total Harmonic Distortion，总谐波失真)为4.5％，如图12所示。而图13为流经R相的电流在5个开关周期(即从20Ts到25Ts)内的电流波形。相比于图2和图3，流过R相的电流在一个工频周期内的电流纹波有效值从2A降为0.9A，并且电流波形的THD也从10.05％减小至4.5％。由此可知，在电感量维持不变的情况下，在每一AC-DC变换模块中设置至少两个AC-DC变换器使其各自开关管的驱动控制信号以预设相位差错相工作，可使输入电流的纹波成分减小，也可改善其THD参数指标。
在一具体实施例中，为了达到相同的输入电流谐波要求，即电流谐波维持不变的情况下，在每一AC-DC变换模块中设置至少两个AC-DC变换器使其各自开关管的驱动控制信号以预设相位差错相工作，也可使每一AC-DC变换器的输入电感的感量减小。这是因为，尽管电感的数量(由原来的一个电感L1变成了两个电感L1和L2)变为原来的2倍。但是电感量与匝数的平方成正比，当感量减小时，使用相同的磁芯，其匝数将会减少，而且相同功率条件下，流经电感的电流也会减小，因而可使用直径更小的线材绕制，节约成本。此外，本发明可使用体积更小的磁芯制作电感。因为在实际设计中，一颗体积很大的电感不利于整个变换器达到高功率密度，而采用单颗小体积的电感，尽管数量多一倍，但容易达成高功率密度的效果。
图14示出图9的三相AC-DC变换电路中流过直流母线电容C1的电流在一个工频周期内的电流波形。图15示出图9的三相AC-DC变换电路中流过直流母线电容C1的电流在5个开关周期内的电流波形。
请参照图14和图15，若三相AC-DC变换电路后级为阻性负载仅吸收直流电流，则流经直流母线电容C1的电流在一个工频周期内的电流纹波有效值为6.7A。因此，从电容温升角度考虑，在电容相同温升的设计要求下，本发明的三相AC-DC变换电路可以减少电容使用量，降低成本。若从直流母线电容大小考虑，在电容值相同情况下，本发明的三相AC-DC变换电路可有效缓解电容发热问题，延长直流母线电容的使用寿命。此外，由于每一AC-DC变换模块中均至少有两个并联连接的AC-DC变换器错相运行，因而可达到倍频的效果，即输入电流波动频率为开关频率的2倍，对比图3和图13可看出。图15为流过直流母线电容C1的电流在5个开关周期(即从0到5Ts)内的电流波形，同样对比图5和图15可得知，本实施例中流过直流母线电容C1的电流波动频率为开关频率的2倍。
图16示出依据本发明的另一实施方式的用于三相AC-DC变换电路的控制系统的电路原理示意图。参照图16，该控制系统包括一三相参考电流生成电路161、多个电流误差调节器163和一驱动控制器165。
其中，三相参考电流生成电路161接收三相AC-DC变换电路直流侧输出端的电压信号VO、参考输出电压信号VREF以及三相交流源每一相的相电压信号，输出一三相参考电流信号，即R相参考电流信号IRref、S相参考电流信号ISref和T相参考电流信号ITref。
电流误差调节器163的数目与三相AC-DC变换电路的AC-DC变换器的数目相等，每一电流误差调节器163接收三相参考电流信号中的一相参考电流信号和与该电流误差调节器接收的相参考电流信号对应的AC-DC变换模块中一AC-DC变换器的输入电流采样信号，输出一电流调节信号用于调节所接收的输入电流采样信号对应的AC-DC变换器的输出。例如，图16中最左侧的电流误差调节器163接收R相参考电流信号IRref和第一AC-DC变换模块中的AC-DC变换器R1的输入电流采样信号Ir1，从而输出一电流调节信号来调节该输入电流采样信号Ir1所对应的AC-DC变换器R1。又如，图16中最右侧的电流误差调节器163接收T相参考电流信号ITref和第三AC-DC变换模块中的AC-DC变换器Tn3的输入电流采样信号Itn3，从而输出一电流调节信号来调节该输入电流采样信号Itn3所对应的AC-DC变换器Tn3。在一具体实施例中，该电流误差调节器163为比例积分调节器(PI)、比例积分微分调节器(PID)或比例调节器(P)。
驱动控制器165存储有每一AC-DC变换模块中两个或两个以上的AC-DC变换器各自的驱动控制信号之间的预设相位差，并且还用来接收多个电流误差调节器163输出的多个电流调节信号，然后基于所存储的预设相位差，输出对应于每个AC-DC变换模块中AC-DC变换器的驱动控制信号。例如，该驱动控制器165基于最左侧的电流误差调节器163来输出对应于AC-DC变换器R1的驱动控制信号。又如，该驱动控制器165基于最右侧的电流误差调节器163来输出对应于AC-DC变换器Tn3的驱动控制信号。在一具体实施例中，该驱动控制器163为一PWM调制器，该驱动控制器163输出的驱动控制信号为PWM控制信号。
在一具体实施例中，该三相参考电流生成电路161还包括一电压调节器1612和一参考电流构建器1610。该电压调节器1612接收AC-DC变换电路直流侧输出端的电压信号VO和参考输出电压信号VREF，输出一电压调节信号。例如，该电压调节器1612为比例积分调节器(PI)、比例积分微分调节器(PID)或比例调节器(P)。该参考电流构建器1610接收该电压调节信号(VRn、VSn、VTn)和三相交流源每一相的相电压信号，输出三相参考电流信号IRref、ISref、ITref。例如，参考电流构建器1610可先接收三相交流源的多个线电压信号，然后藉由线电压/相电压转换单元将每个线电压信号转换为对应相的相电压信号。
在另一具体实施例中，该参考电流构建器1610还包括三个乘法器，这三个乘法器一对一接收三相交流源每一相的相电压信号，并且这三个乘法器均接收电压调节信号，每个乘法器将相应的电压调节信号与所接收的相电压信号相乘从而输出三相参考电流信号中的一相参考电流信号，进而三个乘法器一起来输出该三相参考电流信号。例如，图中最左侧的乘法器输出该三相参考电流信号中的IRref，而图中最右侧的乘法器输出该三相参考电流信号中的ITref。
采用本发明的三相AC-DC变换电路、变换方法及其控制系统，通过至少一个AC-DC变换模块中的两个或两个以上并联连接的AC-DC变换器并联交错工作，使电感在较小感量下可得到较小的输入电流纹波，提高功率变换器的功率密度。此外，本发明的三相AC-DC变换电路藉由同一AC-DC变换模块中的多个AC-DC变换器的交错运行，还可降低流过直流母线电容的电流，从而可缓解直流母线电容发热问题，也可使得电容的使用数量减少以及所占的体积减小，降低功率变换器设计成本。
上文中，参照附图描述了本发明的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。

Claims (24)

1.一种三相AC-DC变换电路，其特征在于，所述三相AC-DC变换电路包括：
一三相交流源，包括一第一、第二和第三输出端，藉由所述第一、第二和第三输出端来输出三相交流电；
一第一AC-DC变换模块，电性连接至所述三相交流源的第一输出端，其包括N1个并联连接的AC-DC变换器；
一第二AC-DC变换模块，电性连接至所述三相交流源的第二输出端，其包括N2个并联连接的AC-DC变换器；
一第三AC-DC变换模块，电性连接至所述三相交流源的第三输出端，其包括N3个并联连接的AC-DC变换器；以及
一直流侧输出端，与所述第一、第二和第三AC-DC变换模块的相互并联的输出端电连接，用于输出一直流电压；
其中，N1、N2和N3均为自然数，N1、N2和N3中的至少一个大于或等于2。
2.根据权利要求1所述的三相AC-DC变换电路，其特征在于，N1、N2和N3均大于或等于2。
3.根据权利要求1所述的三相AC-DC变换电路，其特征在于，所述AC-DC变换器包括一输入电感和一整流电路，所述输入电感电连接于所述三相交流源与所述整流电路之间。
4.根据权利要求3所述的三相AC-DC变换电路，其特征在于，所述整流电路为半桥、全桥或维也纳整流电路。
5.根据权利要求1至4任一项所述的三相AC-DC变换电路，其特征在于，所述三相AC-DC变换电路还包括一驱动控制器，所述驱动控制器控制所述第一、第二和第三AC-DC变换模块中各自的AC-DC变换器运行，且控制同一AC-DC变换模块中的N个AC-DC变换器各自的驱动控制信号之间以预设相位差运行，N为大于等于2的自然数。
6.根据权利要求5所述的三相AC-DC变换电路，其特征在于，N取大于等于3的自然数，并且，同一AC-DC变换模块中的第N个AC-DC变换器与第N-1个AC-DC变换器各自的驱动控制信号之间的预设相位差等于第N-1个AC-DC变换器与第N-2个AC-DC变换器各自的驱动控制信号之间的预设相位差。
7.根据权利要求6所述的三相AC-DC变换电路，其特征在于，同一AC-DC变换模块中的N个AC-DC变换器各自的驱动控制信号之间的预设相位差均大于0且小于等于360/N。
8.根据权利要求5所述的三相AC-DC变换电路，其特征在于，N取等于2的自然数，并且，同一个AC-DC变换模块中的两个AC-DC变换器各自的驱动控制信号之间预设的相位差大于0且小于等于180。
9.根据权利要求5所述的三相AC-DC变换电路，其特征在于，所述直流侧输出端并联接有一直流母线电容。
10.根据权利要求5所述的三相AC-DC变换电路，其特征在于，所述直流侧输出端并联接有一直流母线电容支路，所述直流母线电容支路包括两相互串联的直流母线电容，所述两直流母线电容共接于一中点。
11.根据权利要求10所述的三相AC-DC变换电路，其特征在于，所述中点与所述三相交流源的中性点电连接。
12.一种三相AC-DC变换电路的变换方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
提供一三相AC-DC变换电路和一三相交流源，所述三相AC-DC变换电路包括至少三个AC-DC变换模块，分别对应连接所述三相交流源中的一相，三个所述AC-DC变换模块之中至少有一个所述AC-DC变换模块包括多个并联连接的AC-DC变换器，三个所述AC-DC变换模块的输出端并联连接作为所述三相AC-DC变换电路的直流侧输出端；以及
在包括多个并联连接的AC-DC变换器的至少一个AC-DC变换模块中，控制所述多个AC-DC变换器各自的驱动控制信号之间以预设相位差运行，以实现交流到直流的变换。
13.根据权利要求12所述的变换方法，其特征在于，所述AC-DC变换电路设置所述三个AC-DC变换模块均包括两个或两个以上并联连接的AC-DC变换器。
14.根据权利要求13所述的变换方法，其特征在于，控制三个AC-DC变换模块中的每一AC-DC变换模块各自的AC-DC变换器的驱动控制信号之间以预设相位差运行。
15.根据权利要求12至14任一项所述的变换方法，其特征在于，控制同一AC-DC变换模块中的第N个AC-DC变换器与第N-1个AC-DC变换器各自的驱动控制信号之间的预设相位差等于第N-1个AC-DC变换器与第N-2个AC-DC变换器各自的驱动控制信号之间的预设相位差，N为大于等于3的自然数。
16.根据权利要求15所述的变换方法，其特征在于，同一AC-DC变换模块中的N个AC-DC变换器各自的驱动控制信号之间的预设相位差均大于0且小于等于360/N。
17.根据权利要求12至14任一项所述的变换方法，其特征在于，同一AC-DC变换模块中设置两个AC-DC变换器，所述两个AC-DC变换器各自的驱动控制信号之间的预设相位差大于0且小于等于180。
18.根据权利要求12所述的变换方法，其特征在于，所述AC-DC变换器设置有一输入电感和一整流电路，所述输入电感设置于所述三相交流源与所述整流电路之间。
19.根据权利要求18所述的变换方法，其特征在于，所述整流电路设置为维也纳整流电路。
20.一种如权利要求1所述的三相AC-DC变换电路的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：
一三相参考电流生成电路，接收所述三相AC-DC变换电路直流侧输出端的电压信号、一参考输出电压信号以及三相交流源每一相的相电压信号，输出一三相参考电流信号；
多个电流误差调节器，所述电流误差调节器的数目与所述AC-DC变换器的数目相等，每一电流误差调节器接收所述三相参考电流信号中的一相参考电流信号和与所述电流误差调节器接收的相参考电流信号对应的AC-DC模块中一所述AC-DC变换器的输入电流采样信号，输出一电流调节信号用于调节所接收的输入电流采样信号对应的AC-DC变换器；以及
一驱动控制器，存储有所述AC-DC变换模块中两个或两个以上的AC-DC变换器各自的驱动控制信号之间的预设相位差，接收所述多个电流误差调节器输出的多个电流调节信号，基于存储的所述AC-DC变换模块中AC-DC变换器各自的驱动控制信号之间的预设相位差，输出对应于每个AC-DC变换模块中AC-DC变换器的驱动控制信号。
21.根据权利要求20所述的控制系统，其特征在于，所述三相参考电流生成电路包括：
一电压调节器，接收所述AC-DC变换电路直流侧输出端的电压信号和所述参考输出电压信号，输出一电压调节信号；以及
一参考电流构建器，接收所述电压调节信号和所述三相交流源每一相的相电压信号，输出所述三相参考电流信号。
22.根据权利要求21所述的控制系统，其特征在于，所述参考电流构建器包括：
三个乘法器，所述三个乘法器一对一接收所述三相交流源每一相的相电压信号，所述三个乘法器均接收所述电压调节信号，每个乘法器将所述电压调节信号与接收的相电压信号相乘输出所述三相参考电流信号中的一相参考电流信号，所述三个乘法器输出所述三相参考电流信号。
23.根据权利要求21或22所述的控制系统，其特征在于，所述电压调节器为比例积分调节器、比例积分微分调节器或比例调节器。
24.根据权利要求20至22任一项所述的控制系统，其特征在于，所述电流误差调节器为比例积分调节器、比例积分微分调节器或比例调节器。
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