CN103532405B - 全数字式三相电的pfm整流电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全数字式三相电的PFM整流电路。该电路包括：第一减法运算器直流输出电压直流参考电压减法运算，差值输入至PI电压环控制模块电路的输入端，PI电压环控制模块电路的输出端与三个乘法运算器的数输入端连接；三相数字锁相环的输入端连接三个输出端分别与三个乘法运算器的剩余数输入端连接；第二至第四减法运算器完成三个乘法运算器的输出值与三相电的电流输入的差值运算；PI电流环控制模块电路的三个导通时间输入端分别连接第二至第四减法运算器的输出端；三个数字脉冲转换电路的两个输入端均与PI电流环控制模块电路输出端和PFM调制电路模块的输出端。有益效果：工作在断续模式，解决电流谐波大和EMI问题；减小电感量，降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及整流电路技术领域，特别是一种全数字式三相电的PFM整流电路。
背景技术
不管是在两相电还是三相电的整流技术中，现在用的大功率整流器除了传统的相控整流外，还有近年来发展很快的PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制)整流。PWM整流比相控整流有诸多优点，但是PWM整流是通过定占空比进行控制的，所以关开关频率和开关频率的倍频点能量集中，所以EMI(Electromagnetic Interference,电磁干扰)大，并且不容易控制；同时PWM整流为了减小峰值电流，降低电流谐波工作一般都工作在连续模式，这就要求电感量大，且在最大峰值电流下饱和，也就是电感要有足够的气隙，因此电感体积增大，成本增高，损耗增大。在连续模式下，电流控制难度增大，控制不好的话电感容易饱和，使得电感量减小，工作到断续模式，增大电流谐波。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种全数字式三相电的PFM整流电路。
本发明采用的技术方案的全数字式三相电的PFM整流电路，该电路包括：
第一减法运算器1，第一减法运算器1的被减数输入端接直流输出电压Udc，减数输入端接直流参考电压Uref；
PI电压环控制模块电路2，该电路的输入端与第一减法运算器1的输出端连接，输出端与第一乘法运算器41的第一乘数输入端、第二乘法运算器42的第一乘数输入端和第三乘法运算器43的第一乘数输入端连接；
三相数字锁相环电路3，该电路的第一、第二和第三输入端分别接入A相电压Ua、B相电压Ub和C相电压Uc，第一输出端与第一乘法运算器41的第二乘数输入端连接，第二输出端与第二乘法运算器42的第二乘数输入端连接，第三输出端与第三乘法运算器43的第二乘数输入端连接；
第二减法运算器51，被减数输入端与第一乘法运算器41的输出端连接，减数输入端接入A相电流Ia；
第三减法运算器52，被减数输入端与第二乘法运算器42的输出端连接，减数输入端接入B相电流Ib；
第四减法运算器53，被减数输入端与第三乘法运算器43的输出端连接，减数输入端接入C相电流Ic；
PI电流环控制模块电路6，该电路的第一输入端、第二输入端和第三输入端分别连接至第二减法运算器51的输出端、第三减法运算器52的输出端和第四减法运算器53的输出端；第一输出端、第二输出端和第三输出端分别连接至PFM调制模块电路7的A相导通时间输入端、B相导通时间输入端和C相导通时间输入端；
PFM调制模块电路7，其A相电压输入端连接至A相电压Ua，B相电压输入端连接至B相电压Ub，C相电压输入端连接至C相电压Uc；其均值电压输入端连接至直流输出电压Udc；
A相数字脉冲转换电路81，其驱动脉冲频率输入端连接至PFM调制模块电路7的A相导通时间输出端，驱动脉冲导通时间输入端连接至PI电流环控制模块电路6的第一输出端；
B相数字脉冲转换电路82，其驱动脉冲频率输入端连接至PFM调制模块电路7的B相导通时间输出端，驱动脉冲导通时间输入端连接至PI电流环控制模块电路6的第二输出端；
C相数字脉冲转换电路83，其驱动脉冲频率输入端连接至PFM调制模块电路7的C相导通时间输出端，驱动脉冲导通时间输入端连接至PI电流环控制模块电路6的第三输出端。
在本发明技术方案的上述的电路中，所述第一乘法运算器、第二乘法运算器和第三乘法运算器采用规格相同的乘法运算器。
在本发明技术方案的上述的电路中，所述第二减法运算器、第三减法运算器和第四减法运算器为相同的减法运算器。
在本发明技术方案的上述的电路中，所述A相数字脉冲转换电路、B相数字脉冲转换电路和C相数字脉冲转换电路为相同的数字脉冲转换电路。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本新型技术方案可使电感工作在临界模式，避免PWM整流的工作在断续模式造成的电流谐波大、EMI严重的问题；
2、减小电感量，降低成本。
附图说明
图1是三相电的PFM整流电路的通用电路图。
图2是本发明全数字式三相电的PFM整流电路的电路原理框图。
图中标记：
1-第一减法运算器 2-PI电压环控制模块电路
3-三相数字锁相环电路 53-第四减法运算器
41-第一乘法运算器 6-PI电流环控制模块电路
42-第二乘法运算器 7-PFM调制模块电路
43-第三乘法运算器 81-A相数字脉冲转换电路
51-第二减法运算器 82-B相数字脉冲转换电路
52-第三减法运算器 83-C相数字脉冲转换电路
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
三相电的PFM整流原理如图1所示，其主要包括六只功率管(本电路图1中所示为六只功率管)、电容和三只电感。功率管T1和功率管T2用于第一项电的整流，功率管T3和功率管T4用于第二项电的整流，功率管T5和功率管T6用于第三项电的整流。功率管T1的源级与功率管T2的集电极连接，且通过电感L1输出调整后的电流，通过功率管TI和功率管T2的门极来控制功率管T1和功率管T2的导通与关闭，以实现对第一相电的整流；功率管T3的源级与功率管T4的集电极连接，且通过电感L2输出调整后的电流，通过功率管T3和功率管T4的门极来控制功率管T3和功率管T4的导通与关闭，以实现对第二相电的整流；功率管T5的源级与功率管T6的集电极连接，且通过电感L3输出调整后的电流，通过功率管T5和功率管T6的门极来控制功率管T5和功率管T6的导通与关闭，以实现对第三相电的整流。电容的一端接于功率管T1、功率管T3和功率管T5的集电极，另一端接于功率管T2、功率管T4和功率管T6的源级。本发明图1中，电容为两只，分别为电容C1和电容C2，该两只电容串联连接。
接下来结合图2对本发明的三相电的PFM整流电路的技术方案进行详细说明。如图2所示，是本发明全数字式三相电的PFM整流电路的电路原理框图，在该电路中，第一项电表示为A相电，第二项电表示为B相电，第三项电表示为C项电。该发明的全数字式三相电的PFM整流电路包括：第一减法运算器1、PI电压环控制模块电路2、三相数字锁相环电路3、第一乘法运算器41、第二乘法运算器42、第三乘法运算器43、第二减法运算器51、第三减法运算器52、第四减法运算器53、PI电流环控制模块电路6、PFM调制模块电路7、A相数字脉冲转换电路81、B相数字脉冲转换电路82和C相数字脉冲转换电路83。
所述第一减法运算器的被减数输入端接直流输出电压Udc，减数输入端接直流参考电压Uref，其输出端输出为直流输出电压Udc和直流参考电压Uref的误差值Uerr，即Uerr＝Udc-Uref。
所述的PI电压环控制模块电路2是成熟的模块电路，该PI电压环控制模块电路2的输入端与第一减法运算器1的输出端连接，输出端与第一乘法运算器41的第一乘数输入端、第二乘法运算器42的第一乘数输入端和第三乘法运算器43的第一乘数输入端连接。其作用是通过比例调节和积分调节，使误差电压趋于零，也就是消除误差；其输入是一个误差信号，该误差信号即第一减法运算器输出端输出的Uerr，其输出端输出的是电流最大值信号Imax，将该电流最大值信号Imax分别传送至第一乘法运算器41的第一乘数输入端、第二乘法运算器42的第一乘数输入端和第三乘法运算器43的第一乘数输入端。
所述的三相数字锁相环电路3，该电路的第一、第二和第三输入端分别接入A相电压Ua、B相电压Ub和C相电压Uc，第一输出端与第一乘法运算器41的第二乘数输入端连接，第二输出端与第二乘法运算器42的第二乘数输入端连接，第三输出端与第三乘法运算器43的第二乘数输入端连接。数字锁相环的功能就是求出电网电压的当前频率ω，计算出和电网完全同步的角度ωt，然后计算出sinωt。第一输入端输入的是A相电压Ua，与第一输入端对应的第一输出端输出的是和电源基波同步的sinωtA；第二输入端输入的是B相电压Ub，与第二输入端对应的第二输出端输出的是和电源基波同步的sinωtB；第三输入端输入的是C相电压Uc，与第三输入端对应的第三输出端输出的是和电源基波同步的sinωtC。第一乘法运算器输出的TonA＝Imax*sinωtA；第二乘法运算器输出的TonB＝Imax*sinωtB；第三乘法运算器输出的TonC＝Imax*sinωtC。
第二减法运算器51，其被减数输入端与第一乘法运算器41的输出端连接，减数输入端接入A相电流Ia，因此该第二减法运算器51的输出端输出的电流误差值TerrA＝TonA-Ia；第三减法运算器52，其被减数输入端与第二乘法运算器42的输出端连接，减数输入端接入B相电流Ib，因此该第三减法运算器52的输出端输出的电流，因此该第三减法运算器52的输出端输出的电流误差值TerrB＝TonB-Ib；第四减法运算器53，其被减数输入端与第三乘法运算器43的输出端连接，减数输入端接入C相电流Ic，因此该第四减法运算器53的输出端输出的电流误差值TerrC＝TonC-Ic。
PI电流环控制模块电路6，是成熟技术，在此不再赘述。该电路的第一输入端连接至第二减法运算器51的输出端，第二输入端连接至第三减法运算器52的输出端，第三输入端连接至第四减法运算器53的输出端；其第一输出端连接至PFM调制模块电路7的A相导通时间输入端，第二输出端连接至B相导通时间输入端，第三输出端分别连接至C相导通时间输入端。该电路的第一输出端对应的是第一输入端的输入误差值TerrA的PI调节值TonxA，第二输出端对应的是第二输入端的输入误差值TerrB的PI调节值TonxB，第三输出端对应的是第三输入端的输入误差值TerrC的PI调节值TonxC。
PFM调制模块电路7，其A相电压输入端连接至A相电压Ua，B相电压输入端连接至B相电压Ub，C相电压输入端连接至C相电压Uc；其均值电压输入端连接至直流输出电压Udc。该电路的三个输出端分别输出的分别是A相的周期TA、B相的周期TB和C相的周期TC。该电路也属于成熟技术，其工作时要实现电感在临界模式下工作，根据电感伏秒法则，输入瞬时电压*当前导通时间＝输入电压平均值*当前关断时间，即：
Uin*Ton＝Udc*Toff
可以得出Toff((Uin*Ton)/Udc；
由上式关系可分别求出三相瞬时关断时间：
A相关断时间：ToffA＝(Ua*TonxA)/Udc；
B相关断时间：ToffB＝(Ub*TonxB)/Udc；
C相关断时间：ToffC＝(Uc*TonxC)/Udc。
由周期＝导通时间+关断时间可知：
A相周期：TA＝TonxA+ToffA；
B相周期：TB＝TonxB+ToffB；
C相周期：TC＝TonxC+ToffC。
A相数字脉冲转换电路81，其驱动脉冲频率输入端连接至PFM调制模块电路7的A相导通时间输出端(即第一输出端)，接收的是TA，接收驱动脉冲导通时间输入端连接至PI电流环控制模块电路6的第一输出端，接收的是TonxA。TA控制A相驱动脉冲的频率，TonxA控制A相驱动脉冲的导通时间。A相数字脉冲转换电路81的两个输出端分别是A相上管驱动TA1和A相下管驱动TA2。
B相数字脉冲转换电路82，其驱动脉冲频率输入端连接至PFM调制模块电路7的B相导通时间输出端(即第二输出端)，接收的是TB，驱动脉冲导通时间输入端连接至PI电流环控制模块电路6的第二输出端，接收的是TonxB。TB控制B相驱动脉冲的频率，TonxB控制B相驱动脉冲的导通时间。B相数字脉冲转换电路82的两个输出端分别是B相上管驱动TB1和B相下管驱动TB2。
C相数字脉冲转换电路83，其驱动脉冲频率输入端连接至PFM调制模块电路7的C相导通时间输出端(即第三输出端)，接收的是TC，驱动脉冲导通时间输入端连接至PI电流环控制模块电路6的第三输出端，接收的是TonxC。C相数字脉冲转换电路83的两个输出端分别是C相上管驱动TC1和C相下管驱动TC2。
最为优选方案，上述第一乘法运算器41、第二乘法运算器42和第三乘法运算器43为相同的乘法运算器，即规格、参数等完全一致。
最为优选方案，上述第二减法运算器51、第三减法运算器52和第四减法运算器53为相同的减法运算器，即规格、参数等完全一致。进一步的，第一减法运算器1也可以采用与上述三个减法运算器相同的减法运算器。
最为优选方案，上述A相数字脉冲转换电路81、B相数字脉冲转换电路82和C相数字脉冲转换电路83为相同的数字脉冲转换电路。
本发明的上述技术方案，可以是电感工作在临界模式，避免了PWM整流时工作在断续模式下存在的电流谐波大、电磁干扰严重的问题；同时，像PWM整流，如果想降低电流谐波，减小电磁干扰，就得增大电感量，使得体积增大，而且电感电流难以控制，电感容易饱和，而本发明的技术方案可以减小电感量，降低成本；本新型技术方案，由于采用脉频调制，使脉冲能量分散，因此EMI减低。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种全数字式三相电的PFM整流电路，其特征在于，包括：
第一减法运算器(1)，第一减法运算器(1)的被减数输入端接直流输出电压Udc，减数输入端接直流参考电压Uref；
PI电压环控制模块电路(2)，该电路的输入端与第一减法运算器(1)的输出端连接，输出端与第一乘法运算器(41)的第一乘数输入端、第二乘法运算器(42)的第一乘数输入端和第三乘法运算器(43)的第一乘数输入端连接；
三相数字锁相环电路(3)，该电路的第一、第二和第三输入端分别接入A相电压Ua、B相电压Ub和C相电压Uc，第一输出端与第一乘法运算器(41)的第二乘数输入端连接，第二输出端与第二乘法运算器(42)的第二乘数输入端连接，第三输出端与第三乘法运算器(43)的第二乘数输入端连接；
第二减法运算器(51)，被减数输入端与第一乘法运算器(41)的输出端连接，减数输入端接入A相电流Ia；
第三减法运算器(52)，被减数输入端与第二乘法运算器(42)的输出端连接，减数输入端接入B相电流Ib；
第四减法运算器(53)，被减数输入端与第三乘法运算器(43)的输出端连接，减数输入端接入C相电流Ic；
PI电流环控制模块电路(6)，该电路的第一输入端、第二输入端和第三输入端分别连接至第二减法运算器(51)的输出端、第三减法运算器(52)的输出端和第四减法运算器(53)的输出端；第一输出端、第二输出端和第三输出端分别连接至PFM调制模块电路(7)的A相导通时间输入端、B相导通时间输入端和C相导通时间输入端；
PFM调制模块电路(7)，其A相电压输入端连接至A相电压Ua，B相电压输入端连接至B相电压Ub，C相电压输入端连接至C相电压Uc；其均值电压输入端连接至直流输出电压Udc；
A相数字脉冲转换电路(81)，其驱动脉冲频率输入端连接至PFM调制模块电路(7)的A相导通时间输出端，驱动脉冲导通时间输入端连接至PI电流环控制模块电路(6)的第一输出端；
B相数字脉冲转换电路(82)，其驱动脉冲频率输入端连接至PFM调制模块电路(7)的B相导通时间输出端，驱动脉冲导通时间输入端连接至PI电流环控制模块电路(6)的第二输出端；
C相数字脉冲转换电路(83)，其驱动脉冲频率输入端连接至PFM调制模块电路(7)的C相导通时间输出端，驱动脉冲导通时间输入端连接至PI电流环控制模块电路(6)的第三输出端。
2.根据权利要求1所述的全数字式三相电的PFM整流电路，其特征在于，所述第一乘法运算器(41)、第二乘法运算器(42)和第三乘法运算器(43)为相同的乘法运算器。
3.根据权利要求1所述的全数字式三相电的PFM整流电路，其特征在于，所述第二减法运算器(51)、第三减法运算器(52)和第四减法运算器(53)为相同的减法运算器。
4.根据权利要求1所述的全数字式三相电的PFM整流电路，其特征在于，A相数字脉冲转换电路(81)、B相数字脉冲转换电路(82)和C相数字脉冲转换电路(83)为相同的数字脉冲转换电路。
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