CN205584003U - Pfc电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种PFC电路，包括：一通道、二通道和三通道，其中，一通道、二通道和三通道的电感的输入端与输入电压相连，一通道、二通道和三通道的电感的输出端通过一通道、二通道和三通道的二极管与输出电压的正极相连，通过一通道、二通道和三通道的IGBT与输出电压的负极相连；其中，一通道的IGBT、二通道的IGBT和三通道的IGBT的驱动脉冲的相位相互差120°。通过上述PFC电路可以有效减小输入电流纹波，降低电路对功率开关管电流应力的要求，以便实现单相大功率功率因素校正，并能达到抬高母线电压的技术效果。

Description

PFC电路

技术领域

本实用新型涉及电路技术领域，具体而言，涉及一种PFC(Power FactorCorrection，功率因数校正)电路。

背景技术

随着现代化社会的发展，接入单相电网的电力电子变流装置的容量日益提高。尤其在某些应用场合，大功率变频空调功率已经达到10kW，普通大功率单级APFC(Active Power Factor Correction，有源功率因数校正)在功率器件选型、成本、在板安装、整机功耗、EMI(Electro MagneticInterference，电磁干扰)抑制水平等方面已经明显不足。

针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方式。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种PFC电路，以减小输入电流纹波，降低电路对功率开关管电流应力的要求，该电路包括：

一通道、二通道和三通道，其中，所述一通道的电感的输入端与输入电压相连，所述一通道的电感的输出端通过所述一通道的二极管与输出电压的正极相连，通过所述一通道的IGBT与输出电压的负极相连；所述二通道的电感的输入端与输入电压相连，所述二通道的电感的输出端通过所述二通道的二极管与输出电压的正极相连，通过所述二通道的IGBT与输出电压的负极相连；所述三通道的电感的输入端与输入电压相连，所述三通道的电感的输出端通过所述三通道的二极管与输出电压的正极相连，通过所述三通道的IGBT与输出电压的负极相连，其中，所述一通道的IGBT、所述二通道的IGBT和所述三通道的IGBT的导通时间相互差120°。

在一个实施方式中，所述输出电压的正极与所述输出电压的负极之间并联一电容。

在一个实施方式中，所述输出电压的正极与所述输出电压的负极之间并联一电阻。

在一个实施方式中，所述一通道的电感的输入端、所述二通道的电感的输入端、和所述三通道的电感的输入端，与所述输入电压之间连接有一整流电路。

在一个实施方式中，所述整流电路由四个相互并联的二极管组成。

在一个实施方式中，所述一通道的电感的输入端、所述二通道的电感的输入端、和所述三通道的电感的输入端，与所述输入电压之间连接一电容。

在一个实施方式中，所述一通道的二极管、所述二通道的二极管、和所述三通道的二极管为钳位二极管。

在上述实施例中，提供了一种PFC电路，该电路包括：一通道、二通道和三通道三个通道，三个通道的IGBT的驱动脉冲的相位相互差120°导通时间彼此间互差120°，这样可以使得PFC电路的总的输出纹波电压、纹波电流和电磁干扰得到一定程度上的缓解，从而可以有效减小输入电流纹波，降低电路对功率开关管电流应力的要求，以便实现单相大功率功率因素校正，并能达到抬高母线电压的技术效果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的PFC电路的电路示意图；

图2是根据本实用新型实施例的PFC电路的另一电路示意图；

图3是根据本实用新型实施例的PFC电路的又一电路示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本实用新型做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施方式及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

考虑到可以将三路独立的PFC电感集成为一个三路磁耦合电感，从而实现单相大功率功率因素校正，并能抬高母线电压。具体的，提供了一种PFC电路，如图1所示，包括：一通道、二通道和三通道，其中：

一通道的电感L1的输入端与输入电压Vi相连，一通道的电感L1的输出端通过一通道的二极管VD1与输出电压Vout的正极相连，通过一通道的IGBT VT1与输出电压Vout的负极相连；

二通道的电感L2的输入端与输入电压Vi相连，二通道的电感L2的输出端通过二通道的二极管VD2与输出电压Vout的正极相连，通过二通道的IGBT VT2与输出电压Vout的负极相连；

三通道的电感L3的输入端与输入电压Vout相连，三通道的电感L3的输出端通过三通道的二极管VD3与输出电压Vout的正极相连，通过三通道的IGBT VT3与输出电压Vout的负极相连，

其中，一通道的IGBT VT1、二通道的IGBT VT2和三通道的IGBTVT3的驱动脉冲的相位相互差120°。

如图2所示，输出电压Vout的正极与输出电压Vout的负极之间并联一电容C2，输出电压的Vout正极与输出电压Vout的负极之间并联一电阻R1。

上述的一通道的电感L1、二通道的电感L2和三通道的电感L3的等效电感可以表示为：

$\left\{\begin{array}{c}{v}_1=L_1\frac{{\mathrm{di}}_1}{dt}+M_{12}\frac{{\mathrm{di}}_2}{dt}+M_{13}\frac{{\mathrm{di}}_3}{dt}\\ v_3=M_{12}\frac{{\mathrm{di}}_1}{dt}+L_2\frac{{\mathrm{di}}_2}{dt}+M_{23}\frac{{\mathrm{di}}_3}{dt}\\ v_3=M_{13}\frac{{\mathrm{di}}_1}{dt}+M_{23}\frac{{\mathrm{di}}_2}{dt}+L_3\frac{{\mathrm{di}}_3}{dt}\end{array}\right.$

其中，v₁表示一通道的电感L1的等效电感，v₂表示二通道的电感L2的等效电感，v₃表示三通道的电感L3的等效电感，L₁表示一通道的电感L1的自感，L₂表示二通道的电感L2的自感，L₃表示三通道的电感L3的自感，M₁₂表示一通道的电感L1与二通道的电感L2之间的耦合电感，M₂₃表示二通道的电感L2与三通道的电感L3之间的耦合电感，M₁₃表示一通道的电感L1与三通道的电感L3之间的耦合电感，在不同的工作状态下，等效电感是不同的，耦合度也不一样，需要增加解耦控制。

如图3所示，在一通道的电感L1的输入端、二通道的电感L2的输入端、和三通道的电感L3的输入端，与输入电压Vi之间可以连接一整流电路，具体的，整流电路可以如图3所示，由相互并联的四个二极管VD4、VD5、VD7和VD7组成。

如图3所示，在一通道的电感L1的输入端、二通道的电感L2的输入端、和三通道的电感L3的输入端，与输入电压Vi之间可以连接一电容C1，该电容为滤波电容。

在上述各个实施方式中，一通道的二极管VD1、二通道的二极管VD2、和三通道的二极管VD3可以是钳位二极管。

如果将图3所示的PFC电路的三路拆开，单看一路的话，那么电路拓扑就是一个基本的BOOST电路拓扑，其中，Vi为交流输入，VD4、VD5、VD6、VD7构成不控整流电路，C1为滤波电容，L1为升压电感，VT1为IGBT，VD1为钳位二极管，当VT1开通时，C1、L1、VT1形成回路，C1给L1充电，由于VD1钳位，电流不能从C2流向C1，C2给负载R1供电；当VT1断开时，C1、L1、VD1、C2形成回路，C1、L1给C2充电，电压上升，同时给负载供电。另外两个通道在时序上错开，一个周期内可以轮流导通。其中，所谓交错并联方式是指开关管各自的驱动脉冲同步、相互独立和相位彼此交错，三通道交错并联是指单通道的开关频率相同,开关管的导通时间彼此间互差120°，即各自的驱动脉冲的相位相差120°，这样可以使总的输出纹波电压、纹波电流和电磁干扰得到一定程度上的缓解。采用交错并联技术可以在很大程度上减少电流纹波，磁集成技术可以减小磁性器件的体积和重量进而减小变换器整机的重量，因此，采用交错并联磁集成技术可以改善电路的稳态和动态性能。

在上例中，针对普通大功率单级或双级有源功率因数校正(ActivePower Factor Correction，简称APFC)在功率器件选型、成本、在板安装、整机功耗、EMI(Electro Magnetic Interference，电磁干扰)抑制水平有各种不足的问题，使用三路耦合电感实现三相交错式单相PFC(Power FactorCorrection，功率因数校正)电路使得上述不足有很大的改善。通过上述图1至图3中的PFC电路可以有效减小输入电流纹波，降低电路对功率开关管电流应力的要求，从而实现单相大功率功率因素校正，并能抬高母线电压。

图1至3中的三路耦合电感实现三相交错式单相PFC电路，该三相交错式PFC电路拓扑相当于三个BOOST(开关直流升压)电路并联，根据系统负载功率由小变大依次从普通单级PFC切换到两级交错式PFC再到三级交错式PFC，该方案可以实现单变换器电感电流临界连续，合成的输入电流总体连续，从而可以有效减小输入电流纹波，降低电路对功率开关管电流应力的要求，增加输入电流纹波频率，减小EMI滤波器及升压电感的体积，简化EMI输入滤波器的设计。

进一步的，因为图1至3中的PFC拓扑采用的是三路磁耦合电感，根据占空比的不同，设定一个耦合系数的取值区间，在该区间内，既可以减小稳态通道电流纹波，又可以提高暂态通道电流和总输出电流的响应速度，输出电压的频率变为开关管频率的三倍，从而可以大大减少滤波电感和电容的尺寸，且可以大幅度提升系统的动态性能。

在采用了三通道交错并联技术后，系统的总功率分布在三个通道电路上，每一通道电路只承担了1/3的功率，将功率器件的热量平均的分布在每个通道电路上，每通道电路的热量比没采用交错并联技术之前减小了许多。同时，降低了开关器件的应力(电应力和热应力)，它所具有的特点使得该电路特别适合于大电流的输出场合。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型实施例实现了如下技术效果：本实用新型提供了一种PFC电路，该电路包括：一通道、二通道和三通道三个通道，三个通道的IGBT的驱动脉冲的相位相互差120°导通时间彼此间互差120°，这样可以使得PFC电路的总的输出纹波电压、纹波电流和电磁干扰得到一定程度上的缓解，从而可以有效减小输入电流纹波，降低电路对功率开关管电流应力的要求，以便实现单相大功率功率因素校正，并能达到抬高母线电压的技术效果。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型实施例可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种PFC电路，其特征在于，包括：一通道、二通道和三通道，其中，

所述一通道的电感的输入端与输入电压相连，所述一通道的电感的输出端通过所述一通道的二极管与输出电压的正极相连，通过所述一通道的IGBT与输出电压的负极相连；

所述二通道的电感的输入端与输入电压相连，所述二通道的电感的输出端通过所述二通道的二极管与输出电压的正极相连，通过所述二通道的IGBT与输出电压的负极相连；

所述三通道的电感的输入端与输入电压相连，所述三通道的电感的输出端通过所述三通道的二极管与输出电压的正极相连，通过所述三通道的IGBT与输出电压的负极相连；

其中，所述一通道的IGBT、所述二通道的IGBT和所述三通道的IGBT的驱动脉冲的相位相互差120°。

2.根据权利要求1所述的PFC电路，其特征在于，所述输出电压的正极与所述输出电压的负极之间并联一电容。

3.根据权利要求1所述的PFC电路，其特征在于，所述输出电压的正极与所述输出电压的负极之间并联一电阻。

4.根据权利要求1所述的PFC电路，其特征在于，所述一通道的电感的输入端、所述二通道的电感的输入端、和所述三通道的电感的输入端，与所述输入电压之间连接有一整流电路。

5.根据权利要求4所述的PFC电路，其特征在于，所述整流电路由四个相互并联的二极管组成。

6.根据权利要求1所述的PFC电路，其特征在于，所述一通道的电感的输入端、所述二通道的电感的输入端、和所述三通道的电感的输入端，与所述输入电压之间连接一电容。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的PFC电路，其特征在于，所述一通道的二极管、所述二通道的二极管、和所述三通道的二极管为钳位二极管。