CN110190742A - 单三相输入电压兼容的磁集成无桥功率因数校正装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单三相输入电压兼容的磁集成无桥功率因数校正装置，包括功率因数校正电路和数字信号处理装置，所述功率因数校正电路包括三个磁集成变压器、三组功率管、三组二极管、三个控制管和滤波电路，滤波电路连接于功率因数校正电路的输出端，所述功率因数校正电路的输入端外接单三相交流输入电源，功率因数校正电路与数字信号处理装置连接并通过数字信号处理装置的控制输出不同等级的直流电压。该装置旨在为解决在高速公路上快速充电，又能在室内能及时补充电能的便捷需求，并达到体积小、成本低、效率高的目的。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车无线充电技术领域，具体涉及一种单三相输入电压兼容的磁集成无桥功率因数校正装置。
背景技术
随着国家对环保越来越重视，大力提倡节能、减排、降污的越来越重视，新能源汽车逐渐成为消费者出行的首选，加上国家新能源补贴政策，越来越多的新能源汽车如雨后春笋般地涌出，新能源汽车在节能环保、无排放尤为突出，加之不限号，更方便出行。
然而，新能源汽车充电难、充电慢等问题成为电动汽车发展过程中面临的瓶颈，尤其是电动巴士和大型电动汽车的充电频繁、续航里程短、电池成本高昂等问题难以解决，在这种背景下，非接触式方式，在汽车行驶过程中，实时为电动汽车充电，显得迫在眉睫，然而无线充电地面线圈和车载线圈磁耦合损耗大，这就需要每一级功率传输损耗非常低，要求一款高效率的功率传输设备，而且，用户期盼充电设备在高速公路上可以快速充电，在室内也能慢速充电。
发明内容
本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种单三相输入电压兼容的磁集成无桥功率因数校正装置，该装置旨在为解决在高速公路上快速充电，又能在室内能及时补充电能的便捷需求，并达到体积小、成本低、效率高的目的。
术语解释：
PFC：Power Factor Correction，功率因数校正。
本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：
一种单三相输入电压兼容的磁集成无桥功率因数校正装置，包括功率因数校正电路和数字信号处理装置，所述功率因数校正电路包括三个磁集成变压器、三组功率管、三组二极管、三个控制管和滤波电路，滤波电路连接于功率因数校正电路的输出端，所述功率因数校正电路的输入端外接单三相交流输入电源，功率因数校正电路与数字信号处理装置连接并通过数字信号处理装置的控制输出不同等级的直流电压。
进一步地，还包括连接在功率因数校正电路输出端的负载电路，所述负载电路包括电容、电阻或电感中的一种；更进一步地，所述负载电路包括电阻R1。
进一步地，所述单三相交流输入电源包括单相交流输入电源和三相交流输入电源；所述单相交流输入电源为：A相、B相、C相三个端子并联合成一个L端子，单相交流电分别从L端子和N端子输入；所述三相交流输入电源为：三相交流电分别从A相、B相、C相三个端子输入，零线从N端子输入或无零线端子。
进一步地，所述功率因数校正电路包括三组功率因数校正电路，分别为第一组单相功率因数校正电路、第二组单相功率因数校正电路和第三组单相功率因数校正电路，单相功率因数校正电路也叫PFC电路，所述滤波电路包括电容C1；所述第一组单相功率因数校正电路包括磁集成变压器T1，功率管Q1和Q2，Q1体内二极管B1和Q2体内二极管B2，二极管D1和D2，控制管G1以及电容C1；所述第二组单相功率因数校正电路包括磁集成变压器T2，功率管Q3和Q4，Q3体内二极管B3和Q4体内二极管B4，二极管D3和D4，控制管G2以及电容C1；所述第三组单相功率因数校正电路包括磁集成变压器T3，功率管Q5和Q6，Q5体内二极管B5和Q6体内二极管B6，二极管D5和D6，控制管G3以及电容C1。更进一步地，三组单相功率因数校正电路并联于一起，组成三倍功率的电路。
进一步地，所述功率管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6为金属氧化物半导体场效应管，采用IPW65R019C7；所述二极管D1、D2、D3、D4、D5和D6为碳化硅半导体二极管，采用C3D20060D；所述控制管G1、G2和G3为绝缘栅双极型晶体管，采用AIGW50N65F5。
进一步地，所述磁集成变压器T1、T2和T3的规格参数相同，每个磁集成变压器包括磁芯以及功率因数校正升压电感L1和L2，磁芯中柱开有气隙，所述功率因数校正升压电感L1和L2共用所述磁芯且同时作为一个共模电感，所述共模电感的作用是滤除交流电源L端与N端的噪声干扰；所述L1包括第1脚和第2脚，L2包括第3脚和第4脚，磁集成变压器的第1脚和第3脚为同名端且第2脚和第4脚为同名端，交流电流同时接到磁集成变压器的同名端第1脚和第3脚，或同时接到同名端第2脚和第4脚。磁集成变压器的线圈采用铜线、铝线或其他金属材料线材绕制，磁芯采用铁氧体、非晶、纳米晶或其他磁性材料制作。
进一步地，所述数字信号处理装置包括DSP芯片，输入信号采样电路AD1和AD2，输出信号采集电路AD3，功率管驱动控制电路PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5和PWM6，控制管驱动控制电路PWM7、PWM8和PWM9；所述AD1的输入端连接于交流电输入端用于采集输入电压，AD2的输入端连接于磁集成变压器T1的后端用于采集输入电流，AD3的输入端连接于直流输出端用于采集输出电压，AD1的输出端、AD2的输出端和AD3的输出端分别与DSP芯片的输入端连接；所述PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6、PWM7、PWM8和PWM9的输入端分别与DSP芯片的输出端连接，PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5和PWM6的输出端分别与功率管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6连接用于分别控制功率管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6的导通与截止，PWM7、PWM8和PWM9的输出端分别与控制管G1、G2和G3连接用于分别控制控制管G1、G2和G3的导通与截止。
进一步地，所述DSP芯片为美国德州仪器公司的TMS320F28049，采用脉宽调制模式PWM方式，PWM的开关频率为50KHz。
本发明的有益效果是：
1、本装置采用单相和三相均可以输入的方法，方便了用户既可以三相交流输入时进行快速充电(比如在高速公路上)，又可以满足单相交流输入时进行慢速充电(比如在家、公共场所等地方)的双重需求，把两个充电设备合成为一个充电设备，减少了一套充电设备，大大节约了成本。
2、本装置采用磁集成装置，将传统的功率因数校正电路用到的3个共模电感和6个升压电感共9个磁性器件集成于一起，不仅可以实现由传统9个磁性器件的全部功能，还减小了装置的体积、又降低了成本。
3、本装置采用三相无整流桥拓扑架构，即，在交流输入端无需交流电转换成直流电的三相整流桥，减少了三相整流二极管，节省了由整流二极管导致的损耗，降低了装置的体积和生产成本，减少了功率器件损耗，提高了电源效率，降低了器件的温升，延长了产品使用寿命，达到高效节能低成本的目的。
附图说明
图1为本发明实施例所述的三相有零线功率因数校正装置系统总示意图；
图2为本发明实施例所述的单相功率因数校正装置系统总示意图；
图3为本发明实施例所述的三相无零线功率因数校正装置系统总示意图；
图4为本发明实施例所述的三相功率因数校正装置A相正半周，磁集成变压器T1储能，功率管Q1和Q2导通，控制管G1截止，电容C1放电给负载R1供电过程；
图5为本发明实施例所述的三相功率因数校正装置A相正半周，磁集成变压器T1释放能量，功率管Q1截止，Q2体内二极管B2导通，控制管G1导通，给电容C1充电，同时给负载R1供电过程；
图6为本发明实施例所述的三相功率因数校正装置A相负半周，磁集成变压器T1储能，功率管Q1和Q2导通，控制管G1截止，电容C1放电给负载R1供电过程；
图7为本发明实施例所述的三相功率因数校正装置A相负半周，磁集成变压器T1释放能量，功率管Q2截止，Q1体内二极管B1导通，控制管G1导通，给电容C1充电，同时给负载R1供电过程；
图8为本发明实施例所述的三相功率因数校正装置B相正半周，磁集成变压器T2储能，功率管Q3和Q4导通，控制管G2截止，电容C1放电给负载R1供电过程；
图9为本发明实施例所述的三相功率因数校正装置B相正半周，磁集成变压器T2释放能量，功率管Q3截止，Q4体内二极管B4导通，控制管G2导通，给电容C1充电，同时给负载R1供电过程；
图10为本发明实施例所述的三相功率因数校正装置B相负半周，磁集成变压器T2储能，功率管Q3和Q4导通，控制管G2截止，电容C1放电给负载R1供电过程；
图11为本发明实施例所述的三相功率因数校正装置B相负半周，磁集成变压器T2释放能量，功率管Q4截止，Q3体内二极管B3导通，控制管G2导通，给电容C1充电，同时给负载R1供电过程；
图12为本发明实施例所述的三相功率因数校正装置C相正半周，磁集成变压器T3储能，功率管Q5和Q6导通，控制管G3截止，电容C1放电给负载R1过程；
图13为本发明实施例所述的三相功率因数校正装置C相正半周，磁集成变压器T3释放能量，功率管Q5截止，Q6体内二极管B6导通，控制管G3导通，给电容C1充电，同时给负载R1供电过程；
图14为本发明实施例所述的三相功率因数校正装置C相负半周，磁集成变压器T3储能，功率管Q5和Q6导通，控制管G3截止，电容C1放电给负载R过程；
图15为本发明实施例所述的三相功率因数校正装置C相负半周，磁集成变压器T3释放能量，功率管Q6截止，Q5体内二极管B5导通，控制管G3导通，给电容C1充电，同时给负载R1供电过程；
图16为本发明实施例所述的单相功率因数校正装置L相正半周，磁集成变压器T1、T2、T3储能，功率管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6同时导通，控制管G1、G2、G3同时截止，电容C1放电给负载R1供电过程；
图17为本发明实施例所述的单相功率因数校正装置L相正半周，磁集成变压器T1、T2、T3释放能量，功率管Q1、Q3、Q5截止，Q2、Q4、Q6体内二极管B2、B4、B6导通，控制管G1、G2、G3同时导通，给电容C1充电，同时给负载R1供电过程；
图18为本发明实施例所述的单相功率因数校正装置N相正半周，磁集成变压器T1、T2、T3储能，功率管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6同时导通，控制管G1、G2、G3同时截止，电容C1放电给负载R供电过程；
图19为本发明实施例所述的单相功率因数校正装置N相正半周，磁集成变压器T1、T2、T3释放能量，功率管Q2、Q4、Q6截止，Q1、Q3、Q5体内二极管B1、B3、B5导通，控制管G1、G2、G3同时导通，给电容C1充电，同时给负载R1供电过程；
图20为本发明实施例所述的磁集成变压器的结构示意图；
图21为本发明实施例所述的三相功率因数校正装置控制管的驱动波形；
图22为本发明实施例所述的数字信号处理装置的内部结构图；
图23为本发明实施例所述的单相功率因数校正装置控制管的驱动波形。
具体实施方式
为了便于本领域人员更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，下述仅是示例性的不限定本发明的保护范围。
本发明所述的一种单三相输入电压兼容的磁集成无桥功率因数校正装置，其一：实现了单相、三相不同等级的交流输入电源均可接入本装置，且是在无需增加配件的情况下直接接入，操作灵活、方便；其次：采用磁集成装置，把共模电感、二个功率因数校正电感三个器件结合在一起，组成一颗磁集成变压器，有效地降低了本装置的成本且减小了体积，其三：采用三相无整流桥功率因数校正装置，节省了由整流桥引起的导通损耗，降低了成本，提高了产品效率，满足了电动汽车无线大功率灵活、高效充电的目的。
单三相交流输入电源可接入本发明所述的单三相输入电压兼容的磁集成无桥功率因数校正装置，具体是：单相交流输入电源可以接入本装置，如图2所示，A相、B相、C相三个端子并联合成一个L端子，单相交流电分别从L端子和N端子输入。三相交流输入电源可以接入本装置，包括两种情况，第一种情况，如图1所示，三相交流电分别从A相、B相、C相三个端子输入，零线从N端子输入；第二种情况，如图3所示，三相交流电分别从A相、B相、C相三个端子输入，无零线端子，即无零线N端子。图1与图3的区别在于，图1外部接有零线N端子，零线从外部引入，图3无外接零线端子，三相交流的矢量和为零，在内部短接，无需外接零线端子，也可以把它看成内部虚拟N端子，综上，本发明将三相有零线和无零线功率因数校正装置统称为三相功率因数校正装置。
本发明采用的磁集成装置为3个，即磁集成变压器T1、磁集成变压器T2和磁集成变压器T3，如图1、2、3所示，所述磁集成变压器T1、T2和T3的规格参数相同，这三个磁集成装置在实现由传统9个磁性器件(3个共模电感和6个升压电感)的全部功能的基础上，还减小了装置的体积、节省了成本。如图20所示为其中一个磁集成变压器，每个磁集成变压器包括磁芯以及功率因数校正升压电感L1和L2，磁芯中柱开有气隙，所述功率因数校正升压电感L1和L2共用所述磁芯且同时作为一个共模电感；所述L1包括第1脚和第2脚，L2包括第3脚和第4脚，本发明实施例中，磁集成变压器同名端在同一侧，即磁集成变压器的第1脚和第3脚为同名端且第2脚和第4脚为同名端，交流输入端子A(或B、C)和N同时接到磁集成变压器的同名端第1脚和第3脚，或同时接到同名端第2脚和第4脚；本发明中，所述共模电感的作用是滤除交流电源L端与N端的噪声干扰。每个磁集成变压器的线圈采用铜线、铝线或其他金属材料线材绕制，磁芯采用铁氧体、非晶、纳米晶或其他磁性材料制作。
本发明的第一种实施例提供了一种单相交流输入电压磁集成无桥功率因数校正装置，如图2所示，单相交流输入电源从L、N两端子输入，通过磁集成变压器T1、T2和T3，功率管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6，二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6，控制管G1、G2、G3以及电容C1组成单相功率因数校正电路；功率因数校正电路通过数字信号处理装置，控制Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、G1、G2、G3的导通与截止，输出直流端并联在一起，给负载R1供电。其中，单相交流输入电源接入本装置后，通过检测交流输入电压波形，本装置交流输入电压频率为50Hz，采用峰值电流检测模式，本实施例所述数字信号处理装置的DSP芯片优选采用美国德州器件公司的TMS320F28049，采用脉宽调制模式(PWM)方式，其PWM开关频率为50KHz，但并不限于以上规格，可以采用其他不同规格的微处理器；本实施例所述功率管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6优选采用金属氧化物半导体场效应管，采用IPW65R019C7,但并不限于以上材料和规格，材料可以采用碳化硅、砷化镓等，规格可以采用绝缘栅双极型晶体管等；本实施例所述控制管G1、G2、G3优选采用绝缘栅双极型晶体管，采用AIGW50N65F5；本实施例所述二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6优选采用碳化硅半导体二极管，采用C3D20060D，但上述所述控制管和二极管也并不限于以上材料和规格，可以根据实际情况进行选择。所述单相交流输入电压磁集成无桥功率因数校正装置的具体工作过程如下：
当L相为正半周时，对磁集成变压器T1、T2、T3储能和电容C1放电过程，如图16所示，交流电流从L端子流入，分别流经磁集成变压器T1、T2、T3的第1、2脚，通过检测交流输入电压波形，把采集到的正弦信号传送数字信号处理装置，如图22所示，采用脉宽调制模式(PWM)方式，具体是通过PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6分别控制功率管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6导通，PWM7、PWM8、PWM9分别控制控制管G1、G2、G3截止，分别通过磁集成变压器T1、T2、T3的第4、3脚，N端子流回电网，即把能量存储在磁集成装置T1、T2、T3中；同时，另一路电容C1对负载R1放电。
当L相为正半周时，磁集成变压器T1、T2、T3能量释放过程，如图17所示，磁集成装置T1、T2、T3中的电感方向不能突变，继续沿着原来的方向流动，磁集成变压器T1、T2、T3中的能量均从第1、2脚流出，通过二极管D1、D3、D5对电容C1充电，对负载R1放电，通过数字信号处理装置控制，如图22所示，具体是通过PWM7、PWM8、PWM9分别控制控制管G1、G2、G3导通，驱动波形如图23所示VG1(本装置为50KHz)，电流流经控制管G1、G2、G3和功率管Q2、Q4、Q6体内二极管B2、B4、B6，磁集成变压器T1、T2、T3的第4脚、3脚，N相端子流回电网。
当N相为正半周时，对磁集成变压器T1、T2、T3储能和电容C1放电过程，如图18所示，交流电流从N端子流入，分别流经磁集成变压器T1、T2、T3的第3、4脚，通过检测交流输入电压波形，把采集到的正弦信号传送数字信号处理装置，如图22所示，采用脉宽调制模式(PWM)方式，具体是通过PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6分别控制功率管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6导通，PWM7、PWM8、PWM9分别控制控制管G1、G2、G3截止，分别通过磁集成变压器T1、T2、T3的第2、1脚，L端子流回电网，即把能量存储在磁集成装置T1、T2、T3中；同时，另一路电容C1对负载R1放电。
当N相为正半周时，磁集成变压器T1、T2、T3能量释放过程，如图19所示，磁集成装置T1、T2、T3中的电感方向不能突变，继续沿着原来的方向流动，磁集成变压器T1、T2、T3能量均从第3、4脚流出，通过二极管D2、D4、D6对电容C1充电，对负载R1放电，通过数字信号处理装置控制，如图22所示，具体是通过PWM7、PWM8、PWM9分别控制控制管G1、G2、G3导通，驱动波形如图23所示VG1(本装置为50KHz)，电流流经控制管G1、G2、G3和功率管Q1、Q3、Q5的体内二极管B1、B3、B5，磁集成变压器T1、T2、T3的第2脚、1脚，L端子流回电网。
本发明第二种实施例提供了一种三相交流有零线输入电压磁集成无桥功率因数校正装置，如图1所示，三相交流输入电源从A、B、C、N四端子输入，通过磁集成变压器T1、T2、T3，功率管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6，二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6，控制管G1、G2、G3以及电容C1组成三相功率因数校正电路；三组功率因数校正电路通过数字信号处理装置，控制G1、G2、G3、Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6的导通与截止，输出直流端并联在一起，给负载供电。其中，三相交流输入电源接入本装置后，通过检测交流输入电压波形，本装置交流输入电压频率为50Hz，采用峰值电流检测模式，本实施例所述数字信号处理装置的DSP芯片优选采用美国德州器件公司的TMS320F28049，采用脉宽调制模式(PWM)方式，其PWM开关频率为50KHz，但并不限于以上规格，可以采用其他不同规格的微处理器；本实施例所述功率管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6优选采用金属氧化物半导体场效应管，采用IPW65R019C7,但并不限于以上材料和规格，材料可以采用碳化硅、砷化镓等，规格可以采用绝缘栅双极型晶体管等；本实施例所述控制管G1、G2、G3优选采用绝缘栅双极型晶体管，采用AIGW50N65F5；本实施例所述二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6优选采用碳化硅半导体二极管，采用C3D20060D，但上述所述控制管和二极管也并不限于以上材料和规格，可以根据实际情况进行选择。所述三相交流有零线输入电压磁集成无桥功率因数校正装置的具体工作过程如下：
第一组单相功率因数校正电路工作，三相功率因数校正装置A相为正半周时，对磁集成变压器T1储能和电容C1放电过程，如图4所示，交流电流从A端子流入，流经磁集成变压器T1的第1、2脚，通过检测交流输入电压波形，把采集到的正弦信号传送数字信号处理装置，如图22所示，采用脉宽调制模式(PWM)方式，具体是通过PWM1、PWM2分别控制功率管Q1、Q2导通，PWM7、PWM8、PWM9分别控制控制管G1、G2、G3截止，通过磁集成变压器T1的第4、3脚，N端子流回电网，即把能量存储在磁集成装置T1中；同时，另一路电容C1对负载R1放电的过程。
第一组单相功率因数校正电路工作，三相功率因数校正装置A相为正半周时，磁集成变压器T1能量释放过程，如图5所示，磁集成装置T1中的电感方向不能突变，继续沿着原来的方向流动，磁集成变压器T1能量从第1、2脚流出，通过二极管D1对电容C1充电，对负载R1放电，通过数字信号处理装置控制，如图22所示，具体是通过PWM7控制控制管G1导通，驱动波形如图21所示VG1(本装置为50KHz)，通过功率管Q2的体内二极管B2，磁集成变压器T1的第4脚、3脚，N端子流回电网。
第一组单相功率因数校正电路工作，三相功率因数校正装置A相为负半周时，对磁集成变压器T1储能和电容C1放电过程，如图6所示，交流电流从N端子流入，流经磁集成变压器T1的第3、4脚，通过检测交流输入电压波形，把采集到的正弦信号传送数字信号处理装置，如图22所示，采用脉宽调制模式(PWM)方式，具体是通过PWM1、PWM2分别控制功率管Q1、Q2导通，PWM7、PWM8、PWM9分别控制控制管G1、G2、G3截止，通过磁集成变压器T1的第2、1脚，A端子流回电网，即把能量存储在磁集成装置T1中；同时，另一路电容C1对负载R1放电的过程。
第一组单相功率因数校正电路工作，三相功率因数校正装置A相为负半周时，磁集成变压器T1能量释放过程，如图7所示，磁集成装置T1中的电感方向不能突变，继续沿着原来的方向流动，磁集成变压器T1能量从第3、4脚流出，通过二极管D2对电容C1充电，对负载R1放电，通过数字信号处理装置控制，如图22所示，具体是通过PWM7控制控制管G1导通，驱动波形如图21所示VG1(本装置为50KHz)，通过功率管Q1的体内二极管B1，磁集成变压器T1的第2脚、1脚，A端子流回电网。
第二组单相功率因数校正电路工作，三相功率因数校正装置B相为正半周时，对磁集成变压器T2储能和电容C1放电过程，如图8所示，交流电流从B端子流入，流经磁集成变压器T2的第1、2脚，通过检测交流输入电压波形，把采集到的正弦信号传送数字信号处理装置，如图22所示，具体是通过PWM3、PWM4分别控制功率管Q3、Q4导通，PWM7、PWM8、PWM9分别控制控制管G1、G2、G3截止，通过磁集成变压器T2的第4、3脚，N端子流回电网，即把能量存储在磁集成装置T2中；同时，另一路电容C1对负载R1放电的过程。
第二组单相功率因数校正电路工作，三相功率因数校正装置B相为正半周时，磁集成变压器T2能量释放过程，如图9所示，磁集成装置T2中的电感方向不能突变，继续沿着原来的方向流动，磁集成变压器T2能量从第1、2脚流出，通过二极管D3对电容C1充电，对负载R1放电，通过数字信号处理装置控制，如图22所示，具体是通过PWM8控制控制管G2导通，驱动波形如图21所示VG2(本装置为50KHz，驱动波形VG2比VG1延迟6.67uS)，通过功率管Q4的体内二极管B4，磁集成变压器T2的第4脚、3脚，N端子流回电网。
第二组单相功率因数校正电路工作，三相功率因数校正装置B相为负半周时，对磁集成变压器T2储能和电容C1放电过程，如图10所示，交流电流从N端子流入，流经磁集成变压器T2的第3、4脚，通过检测交流输入电压波形，把采集到的正弦信号传送数字信号处理装置，如图22所示，具体是通过PWM3、PWM4分别控制功率管Q3、Q4导通，PWM7、PWM8、PWM9分别控制控制管G1、G2、G3截止，通过磁集成变压器T2的第2、1脚，B端子流回电网，即把能量存储在磁集成装置T2中；同时，另一路电容C1对负载R1放电的过程。
第二组单相功率因数校正电路工作，三相功率因数校正装置B相为负半周时，磁集成变压器T2能量释放过程，如图11所示，磁集成装置T2中的电感方向不能突变，继续沿着原来的方向流动，磁集成变压器T2能量从第3、4脚流出，通过二极管D4对电容C1充电，对负载R1放电，通过数字信号处理装置控制，如图22所示，具体是通过PWM8控制控制管G2导通，驱动波形如图21所示VG2(本装置为50KHz，驱动波形VG2比VG1延迟6.67uS)，通过功率管Q3的体内二极管B3，磁集成变压器T2的第2脚、1脚，B端子流回电网。
第三组单相功率因数校正电路工作，三相功率因数校正装置C相为正半周时，对磁集成变压器T3储能和电容C1放电过程，如图12所示，交流电流从C端子流入，流经磁集成变压器T3的第1、2脚，通过检测交流输入电压波形，把采集到的正弦信号传送数字信号处理装置，如图22所示，采用脉宽调制模式(PWM)方式，具体是通过PWM5、PWM6分别控制功率管Q5、Q6导通，PWM7、PWM8、PWM9分别控制控制管G1、G2、G3截止，通过磁集成变压器T3的第4、3脚，N端子流回电网，即把能量存储在磁集成装置T3中；同时，另一路电容C1对负载R1放电的过程。
第三组单相功率因数校正电路工作，三相功率因数校正装置C相为正半周时，磁集成变压器T3能量释放过程，如图13所示，磁集成装置T3中的电感方向不能突变，继续沿着原来的方向流动，磁集成变压器T3能量从第1、2脚流出，通过二极管D5对电容C1充电，对负载R1放电，通过数字信号处理装置控制，如图22所示，具体是通过PWM9控制控制管G3导通，驱动波形如图21所示VG3(本装置为50KHz，驱动波形VG3比VG2延迟6.67uS)，通过功率管Q6的体内二极管B6，磁集成变压器T3的第4脚、3脚，N端子流回电网。
第三组单相功率因数校正电路工作，三相功率因数校正装置C相为负半周时，对磁集成变压器T3储能和电容C1放电过程，如图14所示，其交流电流从N端子流入，流经磁集成变压器T3的第3、4脚，通过检测交流输入电压波形，把采集到的正弦信号传送数字信号处理装置，如图22所示，采用脉宽调制模式(PWM)方式，具体是通过PWM5、PWM6分别控制功率管Q5、Q6导通，PWM7、PWM8、PWM9分别控制控制管G1、G2、G3截止，磁集成变压器T3的第2、1脚，C端子流回电网，即把能量存储在磁集成装置T3中；同时，另一路电容C1对负载R1放电的过程。
第三组单相功率因数校正电路工作，三相功率因数校正装置C相为负半周时，磁集成变压器T3能量释放过程，如图15所示，磁集成装置T3中的电感方向不能突变，继续沿着原来的方向流动，磁集成变压器T3能量从第3、4脚流出，通过二极管D6对电容C1充电，对负载R1放电，通过数字信号处理装置控制，如图22所示，具体是通过PWM9控制控制管G3导通，驱动波形如图21所示VG3(本装置为50KHz，驱动波形VG3比VG2延迟6.67uS)，通过功率管Q5的体内二极管B5，磁集成变压器T3的第2脚、1脚，C端子流回电网。
本发明第三种实施例提供了一种三相交流无零线输入电压磁集成无桥功率因数校正装置，如图3所示，无外部零线端子，三相交流输入电源从A、B、C三端子输入，三相交流电矢量和为零，可以把无零线看作一个在内部接接有零线的装置，本实施例起名为虚零，把内部虚零点当作外部零线端子，即N线端子。它的工作原理是：通过磁集成变压器T1、T2、T3，功率管Q1、Q2、Q3、Q4、Q6，Q6二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6，控制管G1、G2、G3，电容C1组成三相功率因数校正电路；三组功率因数校正电路通过数字信号处理装置，控制G1、G2、G3、Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6的导通与截止，输出直流端并联在一起，给负载R1供电，由于它的工作原理同第二种实施例，本发明就不再作一一解释。
以上仅描述了本发明的基本原理和优选实施方式，本领域人员可以根据上述描述做出许多变化和改进，这些变化和改进应该属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种单三相输入电压兼容的磁集成无桥功率因数校正装置，其特征在于，包括功率因数校正电路和数字信号处理装置，所述功率因数校正电路包括三个磁集成变压器、三组功率管、三组二极管、三个控制管和滤波电路，滤波电路连接于功率因数校正电路的输出端，所述功率因数校正电路的输入端外接单三相交流输入电源，功率因数校正电路与数字信号处理装置连接并通过数字信号处理装置的控制输出不同等级的直流电压。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括连接在功率因数校正电路输出端的负载电路，所述负载电路包括电容、电阻或电感中的一种。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述单三相交流输入电源包括单相交流输入电源和三相交流输入电源；所述单相交流输入电源为：A相、B相、C相三个端子并联合成一个L端子，单相交流电分别从L端子和N端子输入；所述三相交流输入电源为：三相交流电分别从A相、B相、C相三个端子输入，零线从N端子输入或无零线端子。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述功率因数校正电路包括三组功率因数校正电路，分别为第一组单相功率因数校正电路、第二组单相功率因数校正电路和第三组单相功率因数校正电路，所述滤波电路包括电容C1；所述第一组单相功率因数校正电路包括磁集成变压器T1，功率管Q1和Q2，Q1体内二极管B1和Q2体内二极管B2，二极管D1和D2，控制管G1以及电容C1；所述第二组单相功率因数校正电路包括磁集成变压器T2，功率管Q3和Q4，Q3体内二极管B3和Q4体内二极管B4，二极管D3和D4，控制管G2以及电容C1；所述第三组单相功率因数校正电路包括磁集成变压器T3，功率管Q5和Q6，Q5体内二极管B5和Q6体内二极管B6，二极管D5和D6，控制管G3以及电容C1。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，三组单相功率因数校正电路并联于一起，组成三倍功率的电路。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述功率管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6为金属氧化物半导体场效应管，采用IPW65R019C7；所述二极管D1、D2、D3、D4、D5和D6为碳化硅半导体二极管，采用C3D20060D；所述控制管G1、G2和G3为绝缘栅双极型晶体管，采用AIGW50N65F5。
7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述磁集成变压器T1、T2和T3的规格参数相同，每个磁集成变压器包括磁芯以及功率因数校正升压电感L1和L2，磁芯中柱开有气隙，所述功率因数校正升压电感L1和L2共用所述磁芯且同时作为一个共模电感；所述L1包括第1脚和第2脚，L2包括第3脚和第4脚，磁集成变压器的第1脚和第3脚为同名端且第2脚和第4脚为同名端，交流电流同时接到磁集成变压器的同名端第1脚和第3脚，或同时接到同名端第2脚和第4脚。
8.根据权利要求4-7任一项所述的装置，其特征在于，所述数字信号处理装置包括DSP芯片，输入信号采样电路AD1和AD2，输出信号采集电路AD3，功率管驱动控制电路PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5和PWM6，控制管驱动控制电路PWM7、PWM8和PWM9；所述AD1的输入端连接于交流电输入端用于采集输入电压，AD2的输入端连接于磁集成变压器T1的后端用于采集输入电流，AD3的输入端连接于直流输出端用于采集输出电压，AD1的输出端、AD2的输出端和AD3的输出端分别与DSP芯片的输入端连接；所述PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6、PWM7、PWM8和PWM9的输入端分别与DSP芯片的输出端连接，PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5和PWM6的输出端分别与功率管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6连接用于分别控制功率管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6的导通与截止，PWM7、PWM8和PWM9的输出端分别与控制管G1、G2和G3连接用于分别控制控制管G1、G2和G3的导通与截止。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述DSP芯片为TMS320F28049，采用脉宽调制模式PWM方式，PWM的开关频率为50KHz。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: Floor 2, building 1, No. 211, Chuanda Road, Pudong New Area, Shanghai, 201200 Applicant after: Shanghai Wanji Electronic Technology Co.,Ltd. Address before: 311814 Central Road, Shaoxing, Zhuji, Zhejiang Province, No. 188 Applicant before: ZHEJIANG WANAN YICHUANG ELECTRONIC TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Country or region after: China Address after: 311305, Building 1, 101, 201, 301, Binhe Wealth Factory, No. 88 Binhe Road, Qingshanhu Street, Lin'an District, Hangzhou City, Zhejiang Province (self declared) Applicant after: Yichuang Zhilian (Zhejiang) Electronic Technology Co.,Ltd. Address before: Floor 2, building 1, No. 211, Chuanda Road, Pudong New Area, Shanghai, 201200 Applicant before: Shanghai Wanji Electronic Technology Co.,Ltd. Country or region before: China |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |