CN112003486A - 单相三相互用的功率因数校正拓扑电路、控制系统及车辆 - Google Patents

单相三相互用的功率因数校正拓扑电路、控制系统及车辆 Download PDF

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刘宇
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Abstract

本申请提供一种单相三相互用的功率因数校正拓扑电路、控制系统及车辆；该拓扑电路包括输入单元和功率因数校正单元；输入单元包括三相交流电源；功率因数校正单元包括防浪涌单元，防浪涌单元包括第一整流二极管、第二整流二极管、第三整流二极管、第四整流二极管、第五整流二极管和第六整流二极管；第一整流二极管和第二整流二极管与三相交流电源的第一输出端连接形成第一输入支路；第三整流二极管和第四整流二极管与三相交流电源的第二输出端连接形成第二输入支路；第五整流二极管和第六整流二极管与三相交流电源的第三输出端连接形成第三输入支路。该拓扑电路在单相工作大部分电流直接从整流二极管上流过，提高单相工作时效率。

Description

单相三相互用的功率因数校正拓扑电路、控制系统及车辆
技术领域
本申请涉及电源控制系统技术领域，特别涉及一种单相三相互用的功 率因数校正拓扑电路、控制系统及车辆。
背景技术
随着汽车行业在新能源领域的快速发展，人们对AC\DC电源转换设备 在各个充电场景可靠运行的需求越来越高，需要采用功率因数校正(Power Factor Correction，PFC)措施用于提高电源转换设备的转换效率和降低传 导损耗。
目前主流的车载充电系统都要求可支持三相或单相工作，常规的三相 PFC电源母线电压通常在680V以上，更低电压时在输入电压较高时无法正 常工作，单相PFC母线电压通常在450V以下，若提高母线电压与三相工作 时接近会导致效率会大幅下降，对电感和开关管散热都会有更高的要求； 若不提高母线电压时次级需要设计非常宽的输入范围，从而导致次级设计 困难。
发明内容
本申请要解决是如何提高三相全桥PFC拓扑电路在单相工作时的效率， 容许单相工作时将母线电压提高到与三相工作时接近的电压的技术问题。
为解决上述技术问题，本申请实施例公开了一种单相三相互用的功率 因数校正拓扑电路，包括输入单元和功率因数校正单元；
输入单元包括三相交流电源；
功率因数校正单元包括防浪涌单元，防浪涌单元包括第一整流二极管、 第二整流二极管、第三整流二极管、第四整流二极管、第五整流二极管和 第六整流二极管；
第一整流二极管和第二整流二极管与三相交流电源的第一输出端连接 形成第一输入支路；
第三整流二极管和第四整流二极管与三相交流电源的第二输出端连接 形成第二输入支路；
第五整流二极管和第六整流二极管与三相交流电源的第三输出端连接 形成第三输入支路。
进一步地，防浪涌单元还包括第一电容、第二电容和第三电容；
第一电容设于第一输入支路上，第二电容设于第二支路上，第三电容 设于第三支路上。
进一步地，功率因数校正单元还包括第一电感、第二电感和第三电感；
第一电感的前端与三相交流电源的第一输出端连接形成第四输入支 路；
第二电感的前端与三相交流电源的第二输出端连接形成第五输入支 路；
第三电感的前端与三相交流电源的第三输出端连接形成第六输入支 路。
进一步地，功率因数校正单元包括第一开关管、第二开关管、第三开 关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管；
第一电感的后端分别与第一开关管和第二开关管连接；
第二电感的后端分别与第三开关管和第四开关管连接；
第三电感的后端分别与第五开关管和第六开关管连接。
进一步地，三相交流电源的第一输出端分别与第一整流二极管的阳极 和第二整流二极管的阴极连接；
三相交流电源的第二输出端分别与第三整流二极管的阳极和第四整流 二极管的阴极连接；
三相交流电源的第三输出端分别与第五整流二极管的阳极和第六整流 二极管的阴极连接；
第一整流二极管的阴极分别与第三整流二极管的阴极及第五整流二极 管的阴极连接；第二整流管的阳极分别与第四整流二极管及第五整流二极 管的阳极连接。
进一步地，第一电感的后端分别与第一开关管的源端和第二开关管的 漏端连接；
第二电感的后端分别与第三开关管的源端和第四开关管的漏端连接；
第三电感的后端分别与第五开关管的源端和第六开关管的漏端连接；
第一开关管的漏端分别与第三开关管的漏端和第五开关管的漏端连 接；第二开关管的源端分别与第四开关管的源端和第六开关管的源端连接。
本申请第二方面提供一种车载电源控制系统，包括单相三相互用的功 率因数校正拓扑电路。
进一步地，该车载电源控制系统还包括脉冲宽度调制控制单元，脉冲 宽度调制控制单元的信号输出端分别与第一开关管、第二开关管、第三开 关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管连接。
进一步地，该车载电源控制系统还包括交流输入电压电流采样单元和 母线电压采样单元。
本申请第三方面提供一种车辆，包括车载电源控制系统。
采用上述技术方案，本申请具有如下有益效果：
本申请提供的单相三相互用的功率因数校正拓扑电路增加防浪涌单 元，即在每相输入口上均增加整流二极管，能够使得在单相工作大部分电 流直接从整流二极管上流过，提高单相工作时效率,同等散热条件下可提高 更高的母线电压。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述 中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅 是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性 劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例一种单相三相互用的功率因数校正拓扑电路的电 路图；
图2为本申请实施例一种单相三相互用的功率因数校正拓扑电路在单 向工作时电流的流向示意图；
图3为本申请实施例一种单相三相互用的功率因数校正拓扑电路在单 向工作时电流的流向示意图；
图4为本申请实施例一种单相三相互用的功率因数校正拓扑电路在单 相工作时电感电流示意图。
以下对附图作补充说明：
D1-第一整流二极管；D2-第二整流二极管；D3-第三整流二极管；D4-第 四整流二极管；D5-第五整流二极管；D6-第六整流二极管；L1-第一电感、L2- 第二电感；L3-第三电感；S1-第一开关管；S2-第二开关管；S3-第三开关 管；S4-第四开关管；S5-第五开关管；S6-第六开关管。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进 行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例， 而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没 有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护 的范围。
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本申请至少一 个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本申请实施例的描述中，需要 理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关 系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描 述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的 方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、 “第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含 指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征 可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、 “第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本 申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
请参见图1，图1为本申请实施例一种单相三相互用的功率因数校正拓 扑电路的电路图，图1中的单相三相互用的功率因数校正拓扑电路包括输 入单元和功率因数校正单元；
输入单元包括三相交流电源；
功率因数校正单元包括防浪涌单元，防浪涌单元包括第一整流二极管 D1、第二整流二极管D2、第三整流二极管D3、第四整流二极管D4、第五整 流二极管D5和第六整流二极管D6；
第一整流二极管D1和第二整流二极管D2与三相交流电源的第一输出 端连接形成第一输入支路；
第三整流二极管D3和第四整流二极管D4与三相交流电源的第二输出 端连接形成第二输入支路；
第五整流二极管D5和第六整流二极管D6与三相交流电源的第三输出 端连接形成第三输入支路。
本申请提供的单相三相互用的功率因数校正拓扑电路在每相输入口上 均增加整流二极管，能够使得在单相工作大部分电流直接从整流二极管上 流过，提高单相工作时效率,同等散热条件下可提高更高的母线电压。
本申请实施例中，三相交流电源的第一输出端分别与第一整流二极管 D1的阳极和第二整流二极管D2的阴极连接；
三相交流电源的第二输出端分别与第三整流二极管D3的阳极和第四整 流二极管D4的阴极连接；
三相交流电源的第三输出端分别与第五整流二极管D5的阳极和第六整 流二极管D6的阴极连接；
第一整流二极管D1的阴极分别与第三整流二极管D3的阴极及第五整 流二极管D5的阴极连接；第二整流管的阳极分别与第四整流二极管D4及 第五整流二极管D5的阳极连接。
本申请实施例中，防浪涌单元还包括第一电容、第二电容和第三电容；
第一电容设于第一输入支路上，第二电容设于第二支路上，第三电容 设于第三支路上。
其中，第一电容、第二电容和第三电容均为滤波电容，第一电容分别 与第一整流二极管D1和第二整流二极管D2连接；第二电容分别与第三整 流二极管D3和第四整流二极管D4连接；第三电容分别与第五整流二极管 D5和第六整流二极管D6连接。
本申请实施例中，功率因数校正单元还包括第一电感L1、第二电感L2 和第三电感L3；
第一电感L1的前端与三相交流电源的第一输出端连接形成第四输入支 路；
第二电感L2的前端与三相交流电源的第二输出端连接形成第五输入支 路；
第三电感L3的前端与三相交流电源的第三输出端连接形成第六输入支 路。
本申请实施例中，功率因数校正单元包括第一开关管S1、第二开关管 S2、第三开关管S3、第四开关管S4、第五开关管S5和第六开关管S6；
第一电感L1的后端分别与第一开关管S1和第二开关管S2连接；
第二电感L2的后端分别与第三开关管S3和第四开关管S4连接；
第三电感L3的后端分别与第五开关管S5和第六开关管S6连接。
本申请实施例中，第一电感L1的后端分别与第一开关管S1的源端和 第二开关管S2的漏端连接；
第二电感L2的后端分别与第三开关管S3的源端和第四开关管S4的漏 端连接；
第三电感L3的后端分别与第五开关管S5的源端和第六开关管S6的漏 端连接；
第一开关管S1的漏端分别与第三开关管S3的漏端和第五开关管S5的 漏端连接；第二开关管S2的源端分别与第四开关管S4的源端和第六开关 管S6的源端连接。
本申请实施例中，该单相三相互用的功率因数校正拓扑电路在单向工 作时的控制方式如下：控制第六开关管S6恒开，当其中一相工作时，采用 与该相对应相连的两个开关管进行斩波控制。
例如A相工作时：
A线对N线电压为正时，电流走向如图2中加粗线所示：控制第六开关 管S6恒开，第一开关管S1和第二开关管S2进行斩波控制，此时第六整流 二极管D6导通，N线上电流为第六整流二极管D6上电流和第三电感L3上 电流之和，第三电感L3电流
Figure RE-GDA0002717232780000071
第三电感L3上电流基本 固定，N线上电流主要由第六整流二极管D6提供。负压时电流走向则如图 3中加粗线所示。图4为本申请实施例单相三相互用的功率因数校正拓扑电 路在单相工作时电感电流示意图。
本申请实施例中，单相工作时发热器件由4个开关和两个电感均匀分 担。
本申请实施例中，该单相三相互用的功率因数校正拓扑电路还可以设 置温度传感器单元，该温度传感器单元分别包括设置于第一输入支路、第 二输入支路、第三输入支路、第四输入支路、第五输入支路和第六输入支 路上的温度传感器，各个温度传感器用于检测各个输入支路上的温度。
本申请实施例中，该单相三相互用的功率因数校正拓扑电路还可以设 置散热元件，该散热元件可以设置于第一输入支路、第二输入支路或第三 输入支路上，该散热元件也可以为外置的散热器。
采用上述技术方案，本申请具有如下有益效果：
本申请提供的单相三相互用的功率因数校正拓扑电路在每相输入口上 均增加整流二极管，具有分流作用，能够使得在单相工作大部分电流直接 从整流二极管上流过，提高单相工作时效率,同等散热条件下可提高更高的 母线电压。
本申请第二方面提供一种车载电源控制系统，包括上述单相三相互用 的功率因数校正拓扑电路。
本申请实施例中，该车载电源控制系统还包括脉冲宽度调制控制单元， 脉冲宽度调制控制单元的信号输出端分别与第一开关管S1、第二开关管S2、 第三开关管S3、第四开关管S4、第五开关管S5和第六开关管S6连接。其 中，脉冲宽度调制控制单元的信号输出端分别与第一开关管S1、第二开关 管S2、第三开关管S3、第四开关管S4、第五开关管S5和第六开关管S6的 栅极连接，用于分别向第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第 四开关管S4、第五开关管S5和第六开关管S6的栅极加载脉冲宽度调制脉 冲信号。
本申请实施例中，该车载电源控制系统还可以包括温度控制单元，
该温度控制单元与单相三相互用的功率因数校正拓扑电路的温度传感 单元的各个温度传感器的信号输出端连接，各个温度传感器能够将各个支 路上的温度数据上传到温度控制单元。
本申请实施例中，该车载电源控制系统还包括交流输入电压电流采样 单元和母线电压采样单元。
本申请第三方面提供一种车辆，包括车载电源控制系统。
以上仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的 精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申 请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单相三相互用的功率因数校正拓扑电路，其特征在于，包括输入单元和功率因数校正单元；
所述输入单元包括三相交流电源；
所述功率因数校正单元包括防浪涌单元，所述防浪涌单元包括第一整流二极管、第二整流二极管、第三整流二极管、第四整流二极管、第五整流二极管和第六整流二极管；
所述第一整流二极管和所述第二整流二极管与所述三相交流电源的第一输出端连接形成第一输入支路；
所述第三整流二极管和所述第四整流二极管与所述三相交流电源的第二输出端连接形成第二输入支路；
所述第五整流二极管和所述第六整流二极管与所述三相交流电源的第三输出端连接形成第三输入支路。
2.根据权利要求1所述的单相三相互用的功率因数校正拓扑电路，其特征在于，所述防浪涌单元还包括第一电容、第二电容和第三电容；
所述第一电容设于所述第一输入支路上，所述第二电容设于所述第二支路上，所述第三电容设于所述第三支路上。
3.根据权利要求1所述的单相三相互用的功率因数校正拓扑电路，其特征在于，所述功率因数校正单元还包括第一电感、第二电感和第三电感；
所述第一电感的前端与所述三相交流电源的第一输出端连接形成第四输入支路；
所述第二电感的前端与所述三相交流电源的第二输出端连接形成第五输入支路；
所述第三电感的前端与所述三相交流电源的第三输出端连接形成第六输入支路。
4.根据权利要求3所述的单相三相互用的功率因数校正拓扑电路，其特征在于，所述功率因数校正单元包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管；
所述第一电感的后端分别与所述第一开关管和所述第二开关管连接；
所述第二电感的后端分别与所述第三开关管和所述第四开关管连接；
所述第三电感的后端分别与所述第五开关管和所述第六开关管连接。
5.根据权利要求4所述的单相三相互用的功率因数校正拓扑电路，其特征在于，所述三相交流电源的第一输出端分别与所述第一整流二极管的阳极和所述第二整流二极管的阴极连接；
所述三相交流电源的第二输出端分别与所述第三整流二极管的阳极和所述第四整流二极管的阴极连接；
所述三相交流电源的第三输出端分别与所述第五整流二极管的阳极和所述第六整流二极管的阴极连接；
所述第一整流二极管的阴极分别与所述第三整流二极管的阴极及所述第五整流二极管的阴极连接；所述第二整流管的阳极分别与所述第四整流二极管及所述第五整流二极管的阳极连接。
6.根据权利要求5所述的单相三相互用的功率因数校正拓扑电路，其特征在于，所述第一电感的后端分别与所述第一开关管的源端和所述第二开关管的漏端连接；
所述第二电感的后端分别与所述第三开关管的源端和所述第四开关管的漏端连接；
所述第三电感的后端分别与所述第五开关管的源端和所述第六开关管的漏端连接；
所述第一开关管的漏端分别与所述所述第三开关管的漏端和所述第五开关管的漏端连接；所述第二开关管的源端分别与所述第四开关管的源端和所述第六开关管的源端连接。
7.一种车载电源控制系统，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述单相三相互用的功率因数校正拓扑电路。
8.根据权利要求7所述的车载电源控制系统，其特征在于，还包括脉冲宽度调制控制单元，所述脉冲宽度调制控制单元的信号输出端分别与第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管连接。
9.根据权利要求7所述的车载电源控制系统，其特征在于，还包括交流输入电压电流采样单元和母线电压采样单元。
10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求7-9任一项所述车载电源控制系统。
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