CN117856603A - 图腾柱功率因数校正电路及其操作方法 - Google Patents

图腾柱功率因数校正电路及其操作方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种图腾柱功率因数校正电路及其操作方法，作为转换直流电源为交流电源之用时，该图腾柱功率因数校正电路包括至少一快速臂、慢速臂以及控制单元。各快速臂包括快速上开关与快速下开关。慢速臂并联耦接该至少一快速臂，慢速臂包括慢速上开关与慢速下开关。控制单元接收具有相位角的交流电压，控制单元包括电流检测回路、电压检测回路以及控制回路。控制回路产生具有电平互补的第二控制信号组，分别控制慢速上开关与慢速下开关。控制回路控制第二控制信号组追随相位角，动态地调整第二控制信号组的责任周期分别导通或关断慢速上开关与慢速下开关。

Description

图腾柱功率因数校正电路及其操作方法
技术领域
本发明涉及一种图腾柱功率因数校正电路及其操作方法，尤其涉及控制追随交流电压的相位角，动态地调整慢速开关的控制信号的责任周期的一种图腾柱功率因数校正电路及其操作方法。
背景技术
随着环保绿能意识的抬头，在电动车销量倍增趋势及充电站建置需求量增大之下，对于如何充电与储电将面临供电窘境。若未来在区域性电力供应出现危急时需要大规模电量，可即时调度电力回送给区域性电网。意即，通过具有放电功能的电动车，插上双向充放电设备，能将车辆电力回送至高功率储能柜，提供V2X(Vehicle to G:Grid；L:Load；H:Home；V:Vehicle)的功能，将成为电动车结合智能电网运作的设计主流，也是未来电动车消费者选购电动车辆的主要考量选项之一。
一般而言，V2G系统电力流动(潮流)可分为单向、双向两种。因单向V2G技术用来控制充电速率的装置有较多缺点与限制，像是虚功率支援、尖峰负载削峰填谷、频率调节、电压调节等。而双向V2G的电动车的电池充电器包含直流对直流(DC/DC)转换器，以及交流对直流(AC/DC)转换器，主要优势在于虚功率、实功率支援、可再生能源部署、避免电网过载、故障恢复、渐少电网损失、功率因数调节等。通过这些功能，双向V2G系统能为电网作业提供更多可能性。在双向V2G系统中，电动车还能扮演能源供应与储存的角色，如此便能适度解决可再生能源的不稳定性所造的问题。
图腾柱(Totem Pole)电路为单相充电常用架构，亦为功率因数校正(powerfactor correction,PFC)电路常用架构。该架构使用晶体管开关QA、QB作为慢速臂开关以及晶体管开关Q1、Q2作为快速臂开关，其中慢速臂开关(晶体管开关QA、QB)会依照市电频率控制，而快速臂开关(晶体管开关Q1、Q2)则依照开关切换频率进行高频控制。
请参见图1A或图1B所示，分别为现有图腾柱电路的单相充电模式与单相放电模式的电路图。一般充电模式操作如图1A所示，此时交流电压VAC为输入电压，当交流电压VAC为正半波时，慢速臂的晶体管开关QB会导通，晶体管开关Q1、Q2则会依照当下的责任周期快速切换。倘若此时晶体管开关QB由于电压偏移或是其他因素导致延后导通，在此充电模式下，电流还是可以通过晶体管开关QB的旁路二极管导通，维持续流。
当操作在放电模式时，如图1B所示，此时交流电压VAC为输出电压，交流电压VAC为正半周时，若晶体管开关QB延后导通，不同于充电模式(可以通过晶体管开关QB的旁路二极管维持电流续流)，在放电模式下，晶体管开关QB的旁路二极管会截止，导致电流无法持续续流。
由于上述在放电模式下，晶体管开关QB的旁路二极管会有会有电流截止问题，一般电动车产品使用于V2L、V2G以及其他放电模式时，皆会因为电感和/或电容性设备，以及市电虚功需求，而有电压及电流角度位移的应用，因此一般图腾柱电路架构只能适用在充电模式，而无法满足放电模式下的负载需求。
以应用范围需具备单相双向(充电及放电模式)功能的产生为例，由于应用产品的EMC电路上具有X电容(X-cap)，在空载条件下，等效为电容性负载，此时以标准型式控制图腾柱转换器，会导致慢速臂的晶体管开关QB导通时间延后，进而造成电流非连续性的截止。实际应用在电动车产品上，操作在V2G、V2L条件，若是电感性或电容性负载，亦会有相同的状况。发生上述情形，除了对交流负载有损坏性问题，在对应电网的V2G操作条件下，也会造成严重的电力品质影响。
请参见图2所示，其为现有图腾柱电路操作的控制信号的波形图。以V2L模式控制为例，在正常操作下，即负载未造成电压偏移时，图腾柱电路为标准控制信号(如图2的T1区间)。然而，当输出的交流电压VAC由于负载(电感性或电容性)影响而导致相位移时(如图2中由T1区间进入T2区间)，意即输出的交流电压VAC不再连续，实际的控制器输出控制量SD以及慢速臂的晶体管开关QB的控制信号QB PWM，皆会因为参考角度变化而失真，进而影响正常控制行为，导致无法输出(传送)正常的能量至交流侧。甚至当操作于加载后的重载状态时，容易造成因触发过电流保护(OCP)或过电压保护(OVP)而造成系统切断(shut down)。
为此，如何设计出一种图腾柱功率因数校正电路及其操作方法，解决现有技术所存在的问题与技术瓶颈，乃业界的重要课题。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种图腾柱功率因数校正电路，解决现有技术的问题。
为达成前揭目的，本发明所提出的图腾柱功率因数校正电路，作为转换直流电源为交流电源之用时，图腾柱功率因数校正电路包括至少一快速臂、慢速臂以及控制单元。各快速臂包括快速上开关与快速下开关。慢速臂并联耦接至少一快速臂，慢速臂包括慢速上开关与慢速下开关。控制单元接收具有相位角的交流电压。控制单元包括电流检测回路、电压检测回路以及控制回路。电流检测回路接收相位角。电压检测回路接收相位角。控制回路耦接电流检测回路与电压检测回路。控制回路产生具有电平互补的第一控制信号组，分别控制快速上开关与快速下开关，且产生具有电平互补的第二控制信号组，分别控制慢速上开关与慢速下开关。控制回路控制第二控制信号组追随交流电压的相位角，动态地调整第二控制信号组的责任周期分别导通或关断慢速上开关与慢速下开关。
本发明的另一目的在于提供一种图腾柱功率因数校正电路的操作方法，解决现有技术的问题。
为达成前揭目的，本发明所提出的图腾柱功率因数校正电路的操作方法，作为转换直流电源为交流电源之用时，包括：产生具有电平互补的第一控制信号组，分别控制至少一快速臂的快速上开关与快速下开关；产生具有电平互补的第二控制信号组，分别控制慢速臂的慢速上开关与慢速下开关；以及控制第二控制信号组追随交流电压的相位角，动态地调整第二控制信号组的责任周期分别导通或关断慢速上开关与慢速下开关。
通过所提出的图腾柱功率因数校正电路及其操作方法，可实现特征与优点：1、通过动态角度控制上的设计，可以让现有不适用于直流电源转换为交流电源的放电模式操作的图腾柱电路架构，也可以有效地应用在于电动车的单相与三相交流电压的操作。2、提出的图腾柱功率因数校正电路可应用在全(宽)电压范围的操作。
为了能更进一步了解本发明为达成预定目的所采取的技术、手段及功效，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，相信本发明的目的、特征与特点，当可由此得一深入且具体的了解，然而所附附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。
附图说明
图1A为现有图腾柱电路的单相充电模式的电路图；
图1B为现有图腾柱电路的单相放电模式的电路图；
图2为现有图腾柱电路操作的控制信号的波形图；
图3为本发明单相图腾柱功率因数校正电路的电路方块图；
图4为本发明三相图腾柱功率因数校正电路的电路方块图；
图5为本发明控制单元的方块图；
图6为本发明图腾柱电路操作的控制信号的波形图；
图7为图4的具体电路方块图；
图8为图腾柱功率因数校正电路的操作方法的流程图。
附图标记说明
Lg1/Lg11～Lg13:快速臂
Lg2:慢速臂
Q1/Q1,Q3,Q5:快速上开关
Q2/Q2,Q4,Q6:快速下开关
QA:慢速上开关
QB:慢速下开关
SQ1,SQ3,SQ5:快速上开关控制信号
SQ2,SQ4,SQ6:快速下开关控制信号
SQA:慢速上开关控制信号
SQB:慢速下开关控制信号
L:电感
L1,L2,L3:第一～第三电感
100:控制单元
101:电流检测回路
102:电压检测回路
103:控制回路
θV:相位角
VAC:交流电压
S10～S30:步骤
具体实施方式
兹有关本发明的技术内容及详细说明，配合附图说明如下。
本发明为一种适用于双向图腾柱功率因数校正电路的动态调整锁相锁定交流电压角度的控制架构方式，通过动态角度控制上的设计，可以让现有不适用于直流电源转换为交流电源的放电模式操作的图腾柱电路架构，也可以有效地应用在于电动车的单相与三相交流电压的操作。
请参见图3与图4所示，其分别为本发明单相图腾柱功率因数校正电路与三相图腾柱功率因数校正电路的电路方块图。所述图腾柱功率因数校正电路作为转换交流电源为直流电源之用，其包括至少一快速臂(可称为快速切换臂)、慢速臂(可称为慢速切换臂)以及控制单元100。在图3所示的单相架构中，图腾柱功率因数校正电路包括快速臂Lg1、慢速臂Lg2以及控制单元100。在图4所示的三相架构中，图腾柱功率因数校正电路包括三组快速臂Lg11-Lg13(即为第一快速臂Lg11、第二快速臂Lg12以及第三快速臂Lg13)、慢速臂Lg2以及控制单元100。
在图3所示的单相架构中，快速臂Lg1包括快速上开关Q1与快速下开关Q2。快速上开关Q1与快速下开关Q2的共接点耦接输入电感L，并且通过输入电感L耦接至交流电压Vac。意即，快速臂Lg1通过输入电感L耦接交流电压Vac。
慢速臂Lg2并联耦接快速臂Lg1，且慢速臂Lg2包括慢速上开关QA与慢速下开关QB。意即，慢速臂Lg2直接耦接交流电压Vac，受到市电频率(即交流电压Vac频率)的控制。
在图4所示的三相架构中，第一快速臂Lg11包括第一快速上开关Q1与第一快速下开关Q2，第二快速臂Lg12包括第二快速上开关Q3与第二快速下开关Q4，第三快速臂Lg13包括第三快速上开关Q5与第三快速下开关Q6。第一快速上开关Q1与第一快速下开关Q2的共接点耦接第一输入电感L1，并且通过第一输入电感L1耦接至交流电压Vac的第一相位(例如R相)。第二快速上开关Q3与第二快速下开关Q4的共接点耦接第二输入电感L2，并且通过第二输入电感L2耦接至交流电压Vac的第二相位(例如S相)。第三快速上开关Q5与第三快速下开关Q6的共接点耦接第三输入电感L3，并且通过第三输入电感L3耦接至交流电压Vac的第三相位(例如T相)。意即，第一快速臂Lg11、第二快速臂Lg12以及第三快速臂Lg13分别通过第一输入电感L1、第二输入电感L2以及第三输入电感L3耦接交流电压Vac。
慢速臂Lg2并联耦接第一快速臂Lg11、第二快速臂Lg12以及第三快速臂Lg13，且慢速臂Lg2包括慢速上开关QA与慢速下开关QB。意即，慢速臂Lg2直接耦接交流电压Vac，受到市电频率(即交流电压Vac频率)的控制。
在图3所示的单相架构与图4所示的三相架构中，控制单元100接收具有相位角θV的交流电压Vac。具体地，控制单元100包括电流检测回路101、电压检测回路102以及控制回路103。电流检测回路101接收交流电压Vac，并且通过锁相回路PLL(配合参见图5所示)得知交流电压Vac的相位角θV，同样地，电压检测回路102接收交流电压Vac，并且通过锁相回路PLL得知交流电压Vac的相位角θV。
控制回路103耦接电流检测回路101与电压检测回路102。控制回路103产生具有电平互补的第一控制信号组SQ1,SQ2/SQ1～SQ6，分别控制快速上开关Q1/Q1,Q3,Q5与快速下开关Q2/Q2,Q4,Q6，且产生具有电平互补的第二控制信号组SQA,SQB，分别控制慢速上开关QA与慢速下开关QB。
意即，在单相架构中(如图3所示)，控制回路103产生的第一控制信号组包括快速上开关控制信号SQ1与快速下开关控制信号SQ2，分别控制快速上开关Q1与快速下开关Q2。控制回路103产生的第二控制信号组包括慢速上开关控制信号SQA与慢速下开关控制信号SQB，分别控制慢速上开关QA与慢速下开关QB。
同样地，在三相架构中(如图4所示)，控制回路103产生的第一控制信号组包括快速上开关控制信号SQ1,SQ3,SQ5与快速下开关控制信号SQ2,SQ4,SQ6，分别控制快速上开关Q1,Q3,Q5与快速下开关Q2,Q4,Q6。控制回路103产生的第二控制信号组包括慢速上开关控制信号SQA与慢速下开关控制信号SQB，分别控制慢速上开关QA与慢速下开关QB。
配合参见图5、图7所示，其分别为本发明控制单元的方块图与图4所示的具体电路方块图。控制回路103控制第二控制信号组追随交流电压Vac的该相位角θV，动态地调整第二控制信号组的责任周期分别导通或关断慢速上开关QA与慢速下开关QB，由此补偿因电感性或电容性负载所造成输出电压Vac的相位角的偏移，锁相慢速上开关QA或慢速下开关QB，使得通过动态角度控制上的设计，可以让现有不适用于直流电源转换为交流电源的放电模式操作的图腾柱电路架构，也可以有效地应用在于电动车的单相与三相交流电压的操作。具体的操作容后详述。
承前所述，控制单元100接收具有相位角θV的弦波的交流电压Vac，并经由锁相回路PLL分析成theta或unit sine供后端控制参考。如图5所示，通过电流检测回路101与电压检测回路102接收相位角θV的theta值或转换为unit sine值，然后，再通过控制回路103控制，并且经由图腾柱校准单元(Totem Pole regulator)与零交越软启动单元(zero-crosssoft-start)提供脉波宽度调变(PWM)信号的输出，用以控制开关的责任周期。因此，当交流电压Vac的相位有电感性或电容性负载时，可通过图腾柱校准单元，达到锁相的操作，提供相位的补偿(意即补偿输出电压Vac的相位角偏移的程度)，使得脉波宽度调变信号控制在安全(正常)的模式下，让开关能够正常地被控制，使能量能够被正常地传送至交流侧。
因此，从图6，为本发明图腾柱电路操作的控制信号的波形图，相较于图2可明显看出，通过本发明所使用的图腾柱功率因数校正电路的控制补偿机制，能够在输出电压Vac的相位角发生偏移后，仍能维持控制信号QB PWM提供开关正常的切换控制，由此，通过控制控制信号QB PWM追随输出电压Vac的相位角，动态地调整慢速开关的控制信号的责任周期。如图6所示的操作下，在T2区间的起始点，输出电压Vac的相位角原本应为90度，因电感性或电容性负载造成相位角发生偏移(如图6中由T1区间进入T2区间)变成由0度开始，因此控制信号QB PWM追随输出电压Vac从0度开始的正半周时，提供导通(on)状态或高电平状态的工作周期(或称责任周期)。因此，在输出电压Vac为正半周期间，持续维持导通状态。当输出电压Vac进入负半周期间，控制信号QB PWM则为截止(off)状态或低电平状态。由此，在控制信号QB PWM的责任周期为可控制的方式下，达成慢速上开关QA与慢速下开关QB作为桥整(桥式整流)控制之用。
在不同的操作下，举例来说，在T2区间的起始点时，输出电压Vac的相位角因发生偏移变成由45度开始时，控制信号QB PWM追随输出电压Vac从45度开始的正半周时，提供导通(on)状态或高电平状态的工作周期。因此，在输出电压Vac为正半周期间，持续维持导通状态。当输出电压Vac进入负半周期间，控制信号QB PWM则为截止(off)状态或低电平状态。由此，在控制信号QB PWM的责任周期为可控制的方式下，达成慢速上开关QA与慢速下开关QB作为桥整(桥式整流)控制之用。
换言之，交流电压Vac为正半周时，控制回路103动态地调整慢速上开关控制信号SQA的责任周期；交流电压Vac为负半周时，控制回路103动态地调整该慢速下开关控制信号SQB的责任周期。具体地，控制回路103动态地调整相位角θV位移后第一个正半周的慢速上开关控制信号SQA的责任周期，或者控制回路103动态地调整该相位角θV位移后第一个负半周的慢速下开关控制信号SQB的责任周期。因此，在第二个正半周或第二个负半周之后，慢速上开关控制信号SQA与慢速下开关控制信号SQB则维持50％的责任周期，对慢速上开关QA与慢速下开关QB进行控制。
在本实施例中，控制回路(103)提供帕克转换(Park's transformation)操作，用以将三相电气坐标(abc坐标)的时域分量转换为正交旋转的两轴坐标(dq坐标)，因此，可用以实现将交流电流和电压波形转换为直流信号，以简化计算之用。举例来说，帕克转换可将a,b,c三相交流电压(交流电压Vac)投影到随着旋转的直轴(d轴)、交轴(q轴)以及垂直于d-q平面的零轴(0轴)上去，从而实现将交流电流和/或电压波形转换为直流信号，以简化计算之用。
请参见图8所示，其为图腾柱功率因数校正电路的操作方法的流程图。该图腾柱功率因数校正电路主要包括至少一快速臂、慢速臂以及控制单元。具体的电路架构，可参见前述内容，在此不加赘述。本发明的操作方法包括步骤如下。首先，产生具有电平互补的第一控制信号组，分别控制至少一快速臂的快速上开关与快速下开关(S10)。然后，产生具有电平互补的第二控制信号组，分别控制慢速臂的慢速上开关与慢速下开关(S20)。最后，控制第二控制信号组追随交流电压的相位角，动态地调整第二控制信号组的责任周期分别导通或关断慢速上开关与慢速下开关(S30)。由此，当发生因电感性或电容性负载所造成输出电压的相位角偏移时，控制慢速上开关与慢速下开关的控制信号追随输出电压从起始角度(例如0度、45或其他角度)开始的正半周时，提供导通(on)状态或高电平状态的工作周期(或称责任周期)。因此，在输出电压为正半周期间，持续维持导通状态。当输出电压进入负半周期间，控制信号则为截止(off)状态或低电平状态。由此，在控制信号的责任周期为可控制的方式下，达成慢速上开关与慢速下开关作为桥整(桥式整流)控制之用。
综上所述，本发明具有以下的特征与优点：
1、通过控制回路103控制第二控制信号组追随交流电压Vac的该相位角θV，动态地调整第二控制信号组的责任周期分别导通或关断慢速上开关QA与慢速下开关QB，由此补偿因电感性或电容性负载所造成输出电压的相位角的偏移，锁相慢速上开关QA或慢速下开关QB，使得通过动态角度控制上的设计，可以让现有不适用于直流电源转换为交流电源的放电模式操作的图腾柱电路架构，也可以有效地应用在于电动车的单相与三相交流电压的操作。
2、本发明提出的图腾柱功率因数校正电路可应用在全(宽)电压范围的操作。
以上所述，仅为本发明较佳具体实施例的详细说明与附图，惟本发明的特征并不局限于此，并非用以限制本发明，本发明的所有范围应以下述的权利要求为准，凡合于本发明权利要求的精神与其类似变化的实施例，皆应包括于本发明的范畴中，任何本领域技术人员在本发明的领域内，可轻易思及的变化或修饰皆可涵盖在以下本案的专利范围。

Claims (15)

1.一种图腾柱功率因数校正电路，作为转换直流电源为交流电源之用时，包括：
至少一快速臂，各所述至少一快速臂包括快速上开关与快速下开关；
慢速臂，并联耦接所述至少一快速臂，所述慢速臂包括慢速上开关与慢速下开关；及
控制单元，接收具有相位角的交流电压，所述控制单元包括：
电流检测回路，接收所述相位角；
电压检测回路，接收所述相位角；及
控制回路，耦接所述电流检测回路与所述电压检测回路，所述控制回路产生具有电平互补的第一控制信号组，分别控制所述快速上开关与所述快速下开关，且产生具有电平互补的第二控制信号组，分别控制所述慢速上开关与所述慢速下开关；
其中，所述控制回路控制所述第二控制信号组追随所述交流电压的所述相位角，动态地调整所述第二控制信号组的责任周期分别导通或关断所述慢速上开关与所述慢速下开关。
2.根据权利要求1所述的图腾柱功率因数校正电路，其中在单相架构中，所述快速臂包括所述快速上开关与所述快速下开关；所述快速上开关与所述快速下开关的共接点耦接输入电感，并且通过所述输入电感耦接至所述交流电压；
所述慢速臂并联耦接所述快速臂，且所述慢速臂包括所述慢速上开关与所述慢速下开关。
3.根据权利要求1所述的图腾柱功率因数校正电路，其中在三相架构中，所述快速臂包括第一快速臂、第二快速臂以及第三快速臂；所述第一快速臂包括第一快速上开关与第一快速下开关，所述第二快速臂包括第二快速上开关与第二快速下开关，所述第三快速臂包括第三快速上开关与第三快速下开关；
所述第一快速上开关与所述第一快速下开关的共接点耦接第一输入电感，并且通过所述第一输入电感耦接至所述交流电压的第一相位；所述第二快速上开关与所述第二快速下开关的共接点耦接第二输入电感，并且通过所述第二输入电感耦接至所述交流电压的第二相位；所述第三快速上开关与所述第三快速下开关的共接点耦接第三输入电感，并且通过所述第三输入电感耦接至所述交流电压的第三相位；
所述慢速臂并联耦接所述快速臂，且所述慢速臂包括所述慢速上开关与所述慢速下开关。
4.根据权利要求1所述的图腾柱功率因数校正电路，其中所述图腾柱功率因数校正电路作为转换交流电源为直流电源之用时，各所述至少一快速臂的所述快速上开关与所述快速下开关作为功因校正的控制开关，且所述慢速上开关与所述慢速下开关作为桥式整流的控制开关。
5.根据权利要求1所述的图腾柱功率因数校正电路，还包括：
锁相回路，接收所述交流电压，用以对所述相位角作锁相控制。
6.根据权利要求1所述的图腾柱功率因数校正电路，其中所述第二控制信号组包括控制所述慢速上开关的慢速上开关控制信号与控制所述慢速下开关的慢速下开关控制信号；
其中，所述交流电压为正半周时，所述控制回路动态地调整所述慢速上开关控制信号的责任周期；所述交流电压为负半周时，所述控制回路动态地调整所述慢速下开关控制信号的责任周期。
7.根据权利要求6所述的图腾柱功率因数校正电路，其中所述控制回路动态地调整所述相位角位移后第一个正半周的所述慢速上开关控制信号的责任周期，或者所述控制回路动态地调整所述相位角位移后第一个负半周的所述慢速下开关控制信号的责任周期。
8.根据权利要求1所述的图腾柱功率因数校正电路，其中所述控制回路提供帕克转换操作，用以将所述交流电压由三相电气坐标转换为两轴坐标。
9.根据权利要求1所述的图腾柱功率因数校正电路，其中所述第一控制信号组与所述第二控制信号组为脉波宽度调变信号。
10.根据权利要求1所述的图腾柱功率因数校正电路，所述控制单元还包括：
图腾柱校准单元，耦接所述控制回路；及
零交越软启动单元，耦接所述图腾柱校准单元。
11.一种图腾柱功率因数校正电路的操作方法，作为转换直流电源为交流电源之用时，包括：
产生具有电平互补的第一控制信号组，分别控制至少快速臂的快速上开关与一快速下开关；
产生具有电平互补的第二控制信号组，分别控制慢速臂的慢速上开关与慢速下开关；及
控制所述第二控制信号组追随交流电压的相位角，动态地调整所述第二控制信号组的责任周期分别导通或关断所述慢速上开关与所述慢速下开关。
12.根据权利要求11所述的图腾柱功率因数校正电路的操作方法，其中在单相架构中，所述快速臂包括所述快速上开关与所述快速下开关；所述快速上开关与所述快速下开关的共接点耦接输入电感，并且通过所述输入电感耦接至所述交流电压；
所述慢速臂并联耦接所述快速臂，且所述慢速臂包括所述慢速上开关与所述慢速下开关。
13.根据权利要求11所述的图腾柱功率因数校正电路的操作方法，其中在三相架构中，所述快速臂包括第一快速臂、第二快速臂以及第三快速臂；所述第一快速臂包括第一快速上开关与第一快速下开关，所述第二快速臂包括第二快速上开关与第二快速下开关，所述第三快速臂包括第三快速上开关与第三快速下开关；
所述第一快速上开关与所述第一快速下开关的共接点耦接第一输入电感，并且通过所述第一输入电感耦接至所述交流电压的第一相位；所述第二快速上开关与所述第二快速下开关的共接点耦接第二输入电感，并且通过所述第二输入电感耦接至所述交流电压的第二相位；所述第三快速上开关与所述第三快速下开关的共接点耦接第三输入电感，并且通过所述第三输入电感耦接至所述交流电压的第三相位；
所述慢速臂并联耦接所述快速臂，且所述慢速臂包括所述慢速上开关与所述慢速下开关。
14.根据权利要求11所述的图腾柱功率因数校正电路的操作方法，其中所述第二控制信号组包括控制所述慢速上开关的慢速上开关控制信号与控制所述慢速下开关的慢速下开关控制信号；
其中，所述交流电压为正半周时，所述控制回路动态地调整所述慢速上开关控制信号的责任周期；所述交流电压为负半周时，所述控制回路动态地调整所述慢速下开关控制信号的责任周期。
15.根据权利要求14所述的图腾柱功率因数校正电路的操作方法，其中所述控制回路动态地调整所述相位角位移后第一个正半周的所述慢速上开关控制信号的责任周期，或者所述控制回路动态地调整所述相位角位移后第一个负半周的所述慢速下开关控制信号的责任周期。
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CN103001526B (zh) * 2011-09-15 2015-09-02 南京博兰得电子科技有限公司 一种非隔离型逆变器及其控制方法
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