CN109067167B - 一种功率因数校正防雷电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种功率因数校正防雷电路，包括升压电感、防雷电感、第一整流电路、第二整流电路、第三整流电路、第四整流电路、母线电容、采样控制电路；升压电感L1的前端连接至交流输入电网的一端A，升压电感的后端分别与所述第二整流电路桥臂中点相连；防雷电感L2的前端连接至交流输入电网的一端A，防雷电感的后端与所述第四整流电路桥臂中点相连，采样控制电路采集交流电网、输入电流、母线电容的信息来控制第一整流电路和第二整流电路的半导体功率管，实现输入电流跟随输入电压的波形，同时保持母线电容上的电压恒定输出。本发明既能保证抗雷性能，又能保证整流模块效率。

Description

一种功率因数校正防雷电路
技术领域
本发明专利属于电力电子领域，尤其是涉及一种功率因数校正变换防雷电路。
背景技术
目前超高效的一次整流模块技术要求峰值效率达到98%左右，其前级采用图腾柱无桥功率因数校正电路（图1为传统图腾柱无桥电路），控制采用临界控制模式或者连续控制模式，采用场效应管来替代二极管整流电路，由于场效应管电流抗冲击能力远低于二极管，因此导致抗雷击性能下降，模块失效可能性增大。较传统的解决方式为在模块输入端增加差模电感来抑制输入电流，但是该方案同时也导致模块效率的下降，不太适合应用于超高效整流模块。
发明内容
本发明的目的是提供一种功率因数校正防雷电路，既能保证抗雷性能，又能保证整流模块效率。为此，本发明采用以下技术方案：
一种功率因数校正防雷电路，其特征在于：包括升压电感、防雷电感、第一整流电路、第二整流电路、第三整流电路、第四整流电路、母线电容、采样控制电路；
升压电感L1的前端连接至交流输入电网的一端A，升压电感的后端分别与所述第二整流电路桥臂中点相连；所述第二整流电路包含两个同向串联的可控半导体功率管，且所述桥臂中点位于该两个半导体功率管之间，第二整流电路桥臂的两端分别与母线电容的两端相连；
防雷电感L2的前端连接至交流输入电网的一端A，防雷电感的后端与所述第四整流电路桥臂中点相连，所述第四整流电路包含两个同向串联的半导体功率管，且所述桥臂中点位于该两个半导体功率管之间，第四整流电路桥臂的两端分别与母线电容的两端相连；
第一整流电路桥臂中点连接至电网的另一端B，所述第一整流电路包含两个同向串联的可控半导体功率管，且所述桥臂中点各位于该两个半导体功率管之间，所述第一整流电路单独桥臂的两端分别与母线电容的两端相连；
第三整流电路桥臂中点连接至电网的另一端B，所述第三整流电路包含两个同向串联的半导体功率管，且所述桥臂中点各位于该两个半导体功率管之间，所述第三整流电路单独桥臂的两端分别与母线电容的两端相连；
采样控制电路采集交流电网、输入电流、母线电容的信息来控制第一整流电路和第二整流电路的半导体功率管，实现输入电流跟随输入电压的波形，同时保持母线电容上的电压恒定输出。
当雷击时，输入电流被采样到异常电流值，关闭第一整流电路、和第二整流电路的所有半导体功率管。
输入电流的采样点可以放在电网的两侧、防雷电感的两端、升压电感的两端、第一整流电路、第二整流电路、第三整流电路、第四整流电路半导体功率管的两端、母线电容的两端。
所述采样控制电路为模拟或数字电路。
进一步地，所述第一整流电路、第二整流电路的半导体功率管的选择范围包括场效应管、IGBT、SIC、GAN。
进一步地，所述第三整流电路、第四整流电路的半导体功率管的选择范围包括二极管、桥堆。
进一步地，所述升压电感的选择范围包括分立电感或耦合电感。
本发明通过检测输入电流，如果输入电流采样到异常电流值，关闭第一整流电路和第二整流电路的所有半导体功率管，来平衡通过第一整流电路和第三整流电路的电流大小。并且在第四整流电路桥臂中点和电网之间增加防雷电感，来抑制通过第四整流电路的电流。
由于采用了本发明技术方案，有效地抑制通过第四整流电路的电流，平衡通过第一整流电路和第三整流电路的电流大小，有效提高第一整流电路和第二整流电路中半导体功率管的可靠性，同时对整流模块的效率没有影响。
附图说明
图1是传统图腾柱功率因数校正整流器连接结构示意图。
图2是传统图腾柱功率因数校正整流器防雷电路示意图。
图3是本发明实施例所提供的图腾柱功率因数校正整流器防雷电路示意图。
图4是本发明实施例所提供的交错图腾柱功率因数校正整流器防雷电路示意图。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明专利做进一步说明，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1所示为传统图腾柱功率因数校正整流器连接结构示意图，以下具体说明工作原理，在交流输入正半周时，同时雷击波形也同为正半周：
Q2为主管，Q1为续流管；
当Q2导通，Q1关断时，电感L1的电流流向为L1-->Q2-->Q4-->AC源-->L1。
当Q1导通，Q2关断时，电感L1的电流流向为L1-->Q1 -->母线电容C1 -->Q4-->AC源-->L1。
此时雷击波形进入整流器，非常大的雷击电流通过Q4，导致Q4损坏。
如图2所示为传统图腾柱功率因数校正整流器防雷电路示意图，由于L3和L2较大的抑制了雷击电流，提高了整流器的可靠性，但是工作时输入电流通过L2和L3，产生损耗，影响整流器的效率。
如图3所示，本发明实施例所提供的图腾柱功率因数校正整流器防雷电路包括升压电感L1、防雷电感L2、第一整流电路、第二整流电路、第三整流电路、第四整流电路、母线电容C、采样控制电路；
升压电感L1的前端连接至交流输入电网的一端A，升压电感L1的后端分别与所述第二整流电路桥臂中点相连；所述第二整流电路包含两个同向串联的可控半导体功率管Q1、Q2，且所述桥臂中点位于所述两个半导体功率管Q1、Q2之间，第二整流电路桥臂的两端分别与母线电容C的两端相连。
防雷电感L2的前端连接至交流输入电网的一端A，防雷电感L2的后端与所述第四整流电路桥臂中点相连，所述第四整流电路包含两个同向串联的半导体功率管D1、D2，且所述桥臂中点位于所述两个半导体功率管D1、D2之间，第四整流电路桥臂的两端分别与母线电容C的两端相连。
第一整流电路桥臂中点连接至电网的另一端B，所述第一整流电路包含两个同向串联的可控半导体功率管Q3、Q4，且所述桥臂中点各位于所述两个半导体功率管Q3、Q4之间，所述第一整流电路单独桥臂的两端分别与母线电容C的两端相连。
第三整流电路桥臂中点连接至电网的另一端B，所述第三整流电路包含两个同向串联的半导体功率管D3、D4，且所述桥臂中点各位于所述两个半导体功率管D3、D4之间，所述第三整流电路单独桥臂的两端分别与母线电容C的两端相连。
采样控制电路采集交流电网、输入电流、母线电容的信息来控制第一整流电路和第二整流电路的半导体功率管，实现输入电流跟随输入电压的波形，同时保持母线电容上的电压恒定输出。
所述第一整流电路、第二整流电路的半导体功率管选用场效应管。
所述第三整流电路、第四整流电路的半导体功率管选用二极管。
输入电流的采样点可以放在电网的两侧、防雷电感的两端、升压电感的两端、第一整流电路、第二整流电路、第三整流电路、第四整流电路半导体功率管的两端、母线电容的两端。
以下具体说明工作原理，在交流输入正半周时，同时雷击波形也同为正半周：
半导体功率管Q2为主管，半导体功率管Q1为续流管；
当Q2导通，Q1关断时，电感L1的电流流向为L1-->Q2-->Q4-->AC源-->L1。
当Q1导通，Q2关断时，电感L1的电流流向为L1-->Q1 -->母线电容C1 -->Q4-->AC源-->L1。
此时雷击波形进入整流器，输入电流采样到异常电流值，关闭第一整流电路和第二整流电路的所有半导体功率管Q1、Q2、Q3、Q4，由于Q4关闭阻抗变大，雷击冲击电流部分通过与Q4体二极管，大部分通过第三整流电路的二极管D4，由于二极管的电流抗冲击能力远大于场效应管的体二极管，因此提高了Q4的可靠性；另外由于L1具有较大的感抗，极大抑制通过L1的雷击电流，同时此时关闭第二整流电路的Q1、Q2，因此提高了Q1、Q2的可靠性；另外由于在第四整流电路桥臂中点和电网之间增加防雷电感，来抑制通过第四整流电路的雷击电流，降低了通过Q4和D4的电流值，进一步提高了整流器的可靠性。
如图4所示，本发明实施例所提供的交错图腾柱功率因数校正整流器防雷电路示意图，其在图3电路上增加第五整流电路和升压电感L3，第二整流电路和第五整流电路交错工作，降低电流纹波。另外L1和L3可以组成集成磁路电感，降低磁芯损耗。
上面结合附图对本发明专利的实施例进行了描述，但是本发明专利并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明专利的启示下，在不脱离本发明专利宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明专利的保护之内。

Claims (7)

1.一种功率因数校正防雷电路，其特征在于：包括升压电感L1、防雷电感L2、第一整流电路、第二整流电路、第三整流电路、第四整流电路、母线电容、采样控制电路；
升压电感L1的前端连接至交流输入电网的一端A，升压电感L1的后端与所述第二整流电路桥臂中点相连；所述第二整流电路包含两个同向串联的可控半导体功率管，且所述第二整流电路桥臂中点位于该两个可控半导体功率管之间，第二整流电路桥臂的两端分别与母线电容的两端相连；
防雷电感L2的前端连接至交流输入电网的一端A，防雷电感L2的后端与所述第四整流电路桥臂中点相连，所述第四整流电路包含两个同向串联的半导体功率管，且所述第四整流电路桥臂中点位于该两个半导体功率管之间，第四整流电路桥臂的两端分别与母线电容的两端相连；
第一整流电路桥臂中点连接至交流输入电网的另一端B，所述第一整流电路包含两个同向串联的可控半导体功率管，且所述第一整流电路桥臂中点位于该两个可控半导体功率管之间，所述第一整流电路桥臂的两端分别与母线电容的两端相连；
第三整流电路桥臂中点连接至交流输入电网的另一端B，所述第三整流电路包含两个同向串联的半导体功率管，且所述第三整流电路桥臂中点位于该两个半导体功率管之间，所述第三整流电路桥臂的两端分别与母线电容的两端相连；
采样控制电路采集交流输入电压、输入电流、母线电容的信息来控制第一整流电路和第二整流电路的可控半导体功率管，实现输入电流跟随输入电压的波形，同时保持母线电容上的电压恒定输出。
2.根据权利要求1所述的一种功率因数校正防雷电路，其特征在于，当雷击时，输入电流被采样到异常电流值，关闭第一整流电路、和第二整流电路的所有可控半导体功率管。
3.根据权利要求1所述的一种功率因数校正防雷电路，其特征在于，输入电流的采样点放在交流输入电网的两侧、防雷电感L2的两端、升压电感L1的两端、第一整流电路可控半导体功率管的两端、第二整流电路可控半导体功率管的两端、第三整流电路半导体功率管的两端、第四整流电路半导体功率管的两端或母线电容的两端。
4.根据权利要求1所述的一种功率因数校正防雷电路，其特征在于，所述第一整流电路、第二整流电路的可控半导体功率管的选择范围包括场效应管、IGBT或GAN。
5.根据权利要求1所述的一种功率因数校正防雷电路，其特征在于，所述第三整流电路、第四整流电路的半导体功率管的选择范围包括二极管或桥堆。
6.根据权利要求1所述的一种功率因数校正防雷电路，其特征在于，所述采样控制电路为模拟或数字电路。
7.根据权利要求1所述的一种功率因数校正防雷电路，其特征在于，所述升压电感L1的选择范围包括分立电感或耦合电感。
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Assignee: Hangzhou Fuyang Zhongheng Electric Co.,Ltd.

Assignor: HANGZHOU ZHONHEN ELECTRIC Co.,Ltd.

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Denomination of invention: A power factor correction lightning protection circuit

Granted publication date: 20210302

License type: Common License

Record date: 20211018

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