CN206117535U - 针对三相四线制vienna整流器的三相独立平均电流控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种针对三相四线制VIENNA整流器的三相独立平均电流控制电路，每相独立平均电流控制电路均包括：用于实现输出电压稳定在预期幅值的输出电压控制器，用于实现电压采样信号相乘的参考电流生成器，用于校正功率因数的输入电流控制器，以及用于产生驱动信号的PWM发生器；其中，所述输出电压控制器、参考电流生成器、输入电流控制器以及PWM发生器依次相连；所述控制电路集成于PFC芯片。本实用新型针对三相四线制VIENNA整流器，三相四线制实现三相物理解耦，从而每一相可以单独控制，每一相都采用平均电流控制，跟踪误差小，控制简单可靠，稳定性强，有较广泛的应用前景。

Description

针对三相四线制VIENNA整流器的三相独立平均电流控制电路

技术领域

本实用新型涉及三相四线制VIENNA整流器的控制电路，尤其涉及一种针对三相四线制VIENNA整流器的三相独立平均电流控制电路，属于开关电源整流器领域。

背景技术

随着电力电子技术的飞速发展，电力电子设备的广泛应用，大部分整流设备都采用传统的二极管整流或相控整流，这些拓扑结构都普遍存在电流谐波大和功率因数低等缺点，其强非线性的特点对电网注入了大量谐波和无功功率，造成严重的电网“污染”。为了减少谐波污染，可将PFC技术引入整流器的控制中，使输入电流跟踪输入电压正弦变化，实现单位功率因数，且直流母线电压恒定。

由于功率半导体器件的制造水平，传统的两电平结构不能满足高电压、大功率的应用场合。相比两电平拓扑，多电平PWM整流器能够进一步降低输入电流的THD，降低系统损耗，提高系统效率，EMI设计简单。三相VIENNA整流器以其功率因数高，谐波污染小，体积小，鲁棒性强，稳定性好，无桥路直通危险等优点有良好的应用前景。

目前主流的三相VIENNA整流器的控制方法有矢量控制和平均电流控制。基于DSP的矢量控制方法控制复杂，运算量大，且存在高频干扰，稳定性差。而常见的平均电流控制，由于三相VIENNA整流器存在的中点不平衡问题，需要对输出母线正电压和负电压分别采样，建立两个电压环，这使得控制实现过程比较复杂。

基于以上分析，设计一种稳定可靠、能实现单位功率因数、结构简单且控制方便的三相VIENNA整流器的控制电路具有深远意义。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种针对三相四线制VIENNA整流器的三相独立平均电流控制电路，该控制电路的三相四线制VIENNA整流器具有效率高、功率因数高、电流谐波小、稳定性高、结构简单以及控制方便等优点。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：一种针对三相四线制VIENNA整流器的三相独立平均电流控制电路，每相独立平均电流控制电路均包括：用于实现输出电压稳定在预期幅值的输出电压控制器，用于实现电压采样信号相乘的参考电流生成器，用于校正功率因数的输入电流控制器，以及用于产生驱动信号的PWM发生器；其中，所述输出电压控制器、参考电流生成器、输入电流控制器以及PWM发生器依次顺序连接；每相独立平均电流控制电路的输出电压控制器连接至输出电压采样信号端。

进一步地，所述输出电压控制器包括依次相连的第一运算放大器和第一PI调节器，所述第一运算放大器用于将输出电压采样信号与基准电压信号进行比较且把比较结果送至所述第一PI调节器，所述第一PI调节器用于消除稳态误差使得输出电压采样信号跟随基准电压信号。

进一步地，所述参考电流生成器包括乘法器，所述乘法器用于将电压环输出信号和输入电压采样信号相乘，作为电流环的基准。

进一步地，所述输入电流控制器包括依次相连的第二运算放大器和第二PI调节器，所述第二运算放大器用于将输入电流采样信号与参考电流信号进行比较且把比较结果送至所述第二PI调节器，所述第二PI调节器用于消除稳态误差使得输入电流采样信号跟随参考电流信号。

进一步地，所述PWM发生器包括PWM比较器。

进一步地，每相独立平均电流控制电路集成于PFC芯片。

进一步地，所述PFC芯片为芯片L4981A。

采用上述技术方案后，本实用新型至少具有如下有益效果：

1、本实用新型采用平均电流控制电路，相比矢量控制而言，跟踪误差小，运算量小，不存在高频干扰，从而稳定性强，控制方法简单，结构简单，除此之外THD和EMI都较小，成本较低。

2、本实用新型采用的三相独立的平均电流控制电路，相对常见的平均电流控制电路而言，不需要在控制电路中考虑中点平衡问题，从而不需要对输出母线正电压和负电压进行采样控制，不需要两个输出电压控制器，从而简化了结构，降低了成本，实现起来更加方便可靠。

3、本实用新型采用的三相独立的平均电流控制电路，即使在一相或两相发生故障的情况下，另外两相或一相仍能正常工作，只不过输出电压为原来的三分之二或者三分之一，增加了系统的可靠性。

4、本实用新型采用的三相独立的平均电流控制电路，可用三个基于平均电流控制的PFC芯片搭建而成，PFC芯片集成了输出电压控制器、参考电流生成器、输入电流控制器和PWM发生器，实现起来简单方便。

附图说明

图1为本实用新型针对三相四线制VIENNA整流器的三相独立平均电流控制电路的系统框图。

图2为本实用新型针对三相四线制VIENNA整流器的三相独立平均电流控制电路的输出电压控制器原理框图。

图3为本实用新型针对三相四线制VIENNA整流器的三相独立平均电流控制电路的参考电流生成器原理框图。

图4为本实用新型针对三相四线制VIENNA整流器的三相独立平均电流控制电路的输入电流控制器原理框图。

图5为本实用新型针对三相四线制VIENNA整流器的三相独立平均电流控制电路的PWM发生器原理框图。

图6为本实用新型针对三相四线制VIENNA整流器的三相独立平均电流控制电路集成控制芯片L4981的引脚图。

图7为本实用新型针对三相四线制VIENNA整流器的三相独立平均电流控制电路集成控制芯片L4981的内部主要结构图。

图8为本实用新型针对三相四线制VIENNA整流器的三相独立平均电流控制电路基于三个芯片L4981的三相四线制VIENNA整流器的系统框图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型针对三相四线制VIENNA整流器的三相独立平均电流控制电路，三条电路组成了一个负载电源系统。每一条控制电路均包括依次相连的输出电压控制器、参考电流生成器、输入电流控制器和PWM发生器，三条控制电路。

其中，所设计的输出电压控制器，使输出电压采样信号跟随基准电压信号，从而使输出电压稳定在预期幅值；所设计的参考电流生成器，将输出电压控制器的输出和输入电压采样信号相乘，乘法器的输出结果即为输入电流控制器的基准信号；所设计的输入电流控制器，将输入电流采样信号跟随参考电流信号，从而使得输入电流跟随输入电压变化，实现功率因数校正；所设计PWM发生器，将输入电流控制器的输出和锯齿波信号作比较，比较结果作为开关管的驱动信号。

如图2所示，本实用新型的输出电压控制器包括第一运算放大器和第一PI调节器。输出电压采样信号通过第一运算放大器与基准电压信号进行比较，比较结果送至第一PI调节器，第一PI调节器的作用是消除稳态误差，使输出电压采样信号跟随基准电压信号。

如图3所示，本实用新型的参考电流生成器包括乘法器、输出电压控制器输出信号和输入电压采样信号。输入电压采样信号是将每一相的输入电压进行采样，并进行绝对值运算的结果，它和输出电压控制器输出信号相乘，其结果即为电流控制器的参考电流信号。

如图4所示，本实用新型的输入电流控制器包括第二运算放大器和第二PI调节器。输入电流采样信号通过第二运算放大器与参考电流信号进行比较，比较结果送至第二PI调节器，第二PI调节器的作用是消除稳态误差，使输入电流采样信号跟随参考电流信号。

如图5所示，本实用新型的PWM发生器包括PWM比较器、三角波基准信号和电流控制器输出信号。其中三角波基准信号由RC电路产生，频率固定，它与电流控制器输出信号通过PWM比较器进行比较，比较结果即为PWM驱动信号，经过驱动芯片后用来驱动开关管。

如图6所示，本实用新型针对三相四线制VIENNA整流器的三相独立平均电流控制电路可由三个专用的PFC芯片搭建而成，比如用三个L4981芯片搭建。图6为控制芯片L4981A的引脚图，它是一款带功率因数校正的连续平均电流控制器，能实现高达0.99的功率因数，而且工作在可调整的固定频率。

如图7所示，L4981A的主要电路包括电压环运算放大器(即为输出电压控制器)、乘法器(即为参考电流生成器)、电流环运算放大器(即为输入电流控)、PWM比较器。所述电压环运算放大器的同相端连接控制芯片内部基准信号，L4981的内部基准信号为5.1V，反相端连接输出采样电压信号，使输出采样电压信号跟随内部基准信号，从而使得输出电压稳定在预期幅值附近；所述乘法器一端连接电压环运算放大器的输出信号，一端连接输入采样电压信号，运算结构作为电流环运算放大器的输入；电流环运算放大器的同相输入端连接乘法器的输出，作为电流环的基准信号，反相端连接输入采样电流信号，作为控制对隋，使输入采样电流跟随乘法器输出变化，从而使得输入电流跟随输入电压变化；所述PWM比较器同相端连接由控制芯片产生的固定频率三角波信号，反相端连接电流环运算放大器的输出信号，其输出结果即为开关管的驱动信号，当电流环输出变大时，输出占空比变低，反之亦然。

如图8所示，可用三个L4981控制芯片搭建三相四线制VIENNA整流器的三相独立平均电流控制电路，其工作过程如下所示：

VIENNA主电路开始工作后，输出电压经过输出电压采样电路，经处理后送至控制芯片的电压环运算放大器的反相输入端，与控制芯片的内部基准电压信号进行比较，如果输出采样电压低于基准电压信号，则通过调节使驱动占空比变大，从而使输出电压抬高，最终稳定在预期电压附近；如果输出采样电压高于基准电压信号，则通过调节使驱动占空比变小，从而降低输出电压，最终也将稳定在预期电压附近。输入电压经过输入电压采样电路处理后，送至控制芯片的乘法器输入端，和电压环运算放大器的输出信号相乘后，其结果作为电流环运算放大器的基准。输入电流经采样电阻采样后，再通过后级电路处理，送至电流环运算放大器的反相输入端，与乘法器的输出作比较，当输入采样电流低于基准信号时，通过调节使驱动占空比变大，从而使输入电流增加；当输入采样电流高于基准信号时，则通过调节使驱动占空比变小，从而使输入电流减小。电流环运算放大器的输出送至PWM比较器的反相端，与控制芯片内部产生的振荡三角波信号进行比较，当其输出较低时，驱动信号的占空比也较低；当其输出较高时，驱动信号的占空比也较高。由于控制芯片产生的驱动信号没有能力直接驱动开关管，所以需要将驱动信号通过驱动芯片放大后，再用以驱动开关管。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解的是，在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种等效的变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims (7)

1.一种针对三相四线制VIENNA整流器的三相独立平均电流控制电路，其特征在于，每相独立平均电流控制电路均包括：用于实现输出电压稳定在预期幅值的输出电压控制器，用于实现电压采样信号相乘的参考电流生成器，用于校正功率因数的输入电流控制器，以及用于产生驱动信号的PWM发生器；其中，所述输出电压控制器、参考电流生成器、输入电流控制器以及PWM发生器依次顺序连接；每相独立平均电流控制电路的输出电压控制器连接至输出电压采样信号端。

2.如权利要求1所述的针对三相四线制VIENNA整流器的三相独立平均电流控制电路，其特征在于，所述输出电压控制器包括依次相连的第一运算放大器和第一PI调节器，所述第一运算放大器用于将输出电压采样信号与基准电压信号进行比较且把比较结果送至所述第一PI调节器，所述第一PI调节器用于消除稳态误差使得输出电压采样信号跟随基准电压信号。

3.如权利要求1所述的针对三相四线制VIENNA整流器的三相独立平均电流控制电路，其特征在于，所述参考电流生成器包括乘法器，所述乘法器用于将电压环输出信号和输入电压采样信号相乘，作为电流环的基准。

4.如权利要求1所述的针对三相四线制VIENNA整流器的三相独立平均电流控制电路，其特征在于，所述输入电流控制器包括依次相连的第二运算放大器和第二PI调节器，所述第二运算放大器用于将输入电流采样信号与参考电流信号进行比较且把比较结果送至所述第二PI调节器，所述第二PI调节器用于消除稳态误差使得输入电流采样信号跟随参考电流信号。

5.如权利要求1所述的针对三相四线制VIENNA整流器的三相独立平均电流控制电路，其特征在于，所述PWM发生器包括PWM比较器。

6.如权利要求1所述的针对三相四线制VIENNA整流器的三相独立平均电流控制电路，其特征在于，每相独立平均电流控制电路集成于PFC芯片。

7.如权利要求6所述的针对三相四线制VIENNA整流器的三相独立平均电流控制电路，其特征在于，所述PFC芯片为芯片L4981A。