專利名稱:三電平輸出的三相功率因數校正電路及其控制裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種市電輸入功率因數校正電路及裝置，更具體地說是涉及一種三相功率因數校正電路及其控制裝置。
背景技術：
公開號為CN1233104，發明創造名稱為《單開關三相功率因數校正方法及電路》的申請案公開了一種三相功率因數的校正電路。該電路在整流電路的輸出端兩端跨接一個電子開關，該開關和一個脈沖控制信號連接。由于電路只有一個開關管，使得控制策略復雜，器件應力大，不適合用于中大功率場合。

發明內容
本發明是為了克服現有技術中的不足之處，提供一種適用于較大功率場合，復雜程度低，性能優越的三電平輸出的三相功率因數校正電路及裝置。
它通過下述技術方案實現一種三電平輸出的三相功率因數校正電路，市電輸入火線與三相整流橋VD3輸入端連接；三相整流橋VD3的正輸出端與第三功率開關VT3的A極連接；第三功率開關VT3的K極與第一電感的一端連接；第一電感L1的另一端分別與第一功率開關VT1的C極和第一二極管VD1的A極連接；第一二極管的K極與第一電容C1的正極連接，作為正輸出端；市電零線分別與第一功率開關VT1的E極和所述第一電容C1的負極連接，市電輸入的零線從輸入一直貫穿到輸出；三相整流橋的負輸出端與第四功率開關VT4的K極連接；第四功率開關VT4的A極與第二電感L2的一端連接；第二電感L2的另一端分別與第二功率開關VT2的E極和第二二極管VD2的K極連接；第二二極管VD2的A極與第二電容C2的負極連接，作為負輸出端；市電零線分別與所述第二功率開關VT2的C極和第二電容C2的正極連接。
另外，根據不間斷電源UPS的輸入特性要求，對電池輸入時兼用同一套功率和控制電路達到輸出電壓調整作用，使正負BUS電壓仍然維持同樣的恒定值，可以加入電池組，第一電池組BATTERY1的正極與第五功率開關VT5的A極連接，第五功率開關VT5的K極與第三功率開關的K極和第一電感的一端相連接；負極與零線連接；第二電池組BATTERY2的正極與零線連接，負極與第六功率開關VT6的K極連接，第六功率開關VT6的A極與第四功率開關的A極和第二電感的一端相連接；一種三電平輸出的三相功率因數校正電路的控制裝置，包括信號采樣部分、邏輯綜合部分、核心控制部分和驅動部分，核心控制部分包括功率因數校正專用集成控制芯片、電壓環反饋、電流環反饋、驅動脈沖合成器，其中功率因數校正專用集成控制芯片為UC3854，電壓環反饋用以實現輸出電壓穩壓，電流環用以實現輸入電流波形跟隨輸入電壓波形變化，即調整系統的輸入功率因數，最后系統通過驅動脈沖合成器形成上下雙管的兩路PWM控制信號；信號采樣部分包括正負BUS電壓采樣、電感輸入端電壓采樣、電感電流采樣，正負BUS電壓采樣用以形成電壓環，電感輸入端電壓形成電壓環前饋，電感電流采樣用以形成電流環；邏輯綜合部分包括系統的同步控制信號(SYNC)、系統開通信號(ENABLE)、系統保護信號(PROTECT)，系統同步控制信號作為控制芯片的時鐘起始復位信號，用以對PWM驅動控制信號進行同步觸發，控制上下兩個功率開關同時導通，系統開通信號作為控制芯片的控制使能信號，此外當有過流過壓情況發生時，系統保護信號會屏蔽系統控制信號輸出，起到系統的保護作用；驅動部分包括光耦隔離、驅動電路，將系統的控制信號首先通過光耦實現隔離作用，再通過驅動電路對功率器件進行直接驅動。
本發明適合較大功率場合，體積重量小，復雜程度低，性能指標優。



圖1為三電平輸出的三相升壓功率因數校正電路；圖2是圖1電路的控制電路框圖；圖3是圖2核心控制電路的詳細控制原理圖。
具體實施方式
圖1為本發明所提出的三電平輸出的三相功率因數校正電路，VT3、VT4一般選功率晶閘管，也可用功率繼電器替代；VT1、VT2一般選功率場效應管或絕緣柵雙極晶體管；VD1、VD2為超快恢復功率二極管；VT5、VT6一般選功率晶閘管，也可用功率繼電器替代。其連接關系為市電輸入為三相四線制，記為A，B，C，N；A，B，C接三相整流橋VD3輸入，REC+，REC-為三相整流橋輸出的正和負；REC+接功率開關器件VT3的A極，VT3的K極接升壓電感L1的一端，記為CHK+，升壓電感L1的另一端接升壓主管VT1的C極和升壓二極管VD1的A極，VD1的K極接直流母線電解電容C1的正極，記為BUS+，VT1的E極和C1的負極接市電輸入零線N，則整流橋VD3，L1，VT1，VD1，C1組成了一個正Boost電路；REC-接VT4的K極，VT4的A極接升壓電感L2的一端，記為CHK-，L2的另一端接VT2的E極和VD2的K極，VD2的A極接C2的負極，記為BUS-，VT2的C極和C2的正極接N，則整流橋VD3，L2，VT2，VD2，C2組成了一個負Boost電路。另外，可在CHK+和N之間接入一組正電池組支路，第一電池組BATTERY1的負端接N，正端接VT5A極，VT5的K極接CHK+；在CHK-和N之間接入負電池組支路，第二電池組BATTERY2的正端接N，負端接VT6的K極，VT6的A極接CHK-。BUS+，N，BUS-組成了電路的三電平輸出。
下面分別敘述該電路在三相市電輸入工作和雙組電池升壓工作時的特點和對控制電路的要求由于有市電零線N接入，正負Boost電路是相互解耦的，正Boost電路的工作只與VT1的開關相關，負Boost電路的工作只與VT2的開關相關，因此，市電輸入工作時，VT3，VT4導通，VT5，VT6截止，控制VT1開關使正Boost電路工作，輸出穩定的BUS+，并使電感L1上的電流波形跟蹤CHK+電壓波形；控制VT2開關使負Boost電路工作，輸出穩定的BUS-，并使電感L2上的電流波形跟蹤CHK-電壓波形；這樣工作，可使得每相市電電流在峰值兩側各60度范圍內跟蹤市電電壓，而在其它范圍為0，這樣的市電理論上PF值大于0.95，THD小于30％，故該電路具有三相市電輸入PFC功能，電路相對傳統三相獨立的有源功率因數校正電路更加簡單實效，同時性能指標明顯優于無源濾波方法。電池升壓工作時，VT3，VT4截止，VT5，VT6導通，正負Boost電路分別控制正負電池組的升壓。
下面描述VT3，VT4的功能，市電輸入工作時，VT3，VT4導通，后級電路按BoostPFC方式工作，但當市電為高壓，甚至市電峰值高于BUS電壓值時，Boost PFC電路的工作條件是不能滿足的，此時，如果不加以處理，必然會使得VT1，VT2的開關工作不正常，從而導致L1，L2上的電流振蕩，發出很大的噪聲。我們可采取的方法有以下兩種，一是關斷VT3，VT4，導通VT5，VT6，讓系統轉入電池升壓工作，但我們總是希望盡量拓寬市電的工作范圍，減少電池放電的次數，從而延長電池的使用壽命，此時，可對VT3，VT4進行相控，避開輸入市電峰值較高點，只在市電的瞬時電壓滿足Boost PFC電路的區段導通VT3，VT4，又或者關斷VT1，VT2，只可對VT3，VT4進行相控，使得BUS電壓穩定，此時對系統輸入PFC指標不做要求。以上控制方法可以將市電的工作范圍往高壓段拓展。
三電平輸出的三相功率因數校正電路的控制裝置，如圖2所示，包括信號采樣部分101、邏輯綜合部分102、核心控制部分103和驅動部分104。核心控制部分包括功率因數校正專用集成控制芯片、電壓環反饋、電流環反饋、驅動脈沖合成器；核心控制部分可以采用Unitrode公司的PFC專用芯片UC3854及其外圍電路完成。信號采樣部分包括正負BUS電壓采樣、電感輸入端電壓采樣、電感輸入電流采樣；邏輯綜合部分包括系統的同步控制信號(SYNC)、系統開通信號(ENABLE)、系統保護信號(PROTECT)；驅動部分包括光耦隔離、驅動電路。
圖3為三相功率因數校正控制核心原理圖，首先將直流母線電壓(+DCBUS、-DCBUS)進行采樣，以此作為電流環給定的幅值基準，通過電壓環閉環調節輸出直流電壓大小將與給定相等，達到輸出直流電壓穩壓設計要求；將電感輸入端電壓(VCHK+、VCHK-)進行采樣，一方面作為輸入電壓前饋環節以提高系統的動態響應過程；另一方面作為電感輸入電流信號的波形標準，這樣即可得到輸入電流的參考波形(Imo+、Imo-)。對電感電流ichk+、ichk-進行采樣，與電流波形給定相比較，形成電流環；同時采樣正負BUS電壓作為電壓環的給定，與預設BUS電壓值進行比較后形成電壓環；專用集成芯片通過外圍的電壓環、電流環調節電路后，在內部通過平均電流控制PWM調制，從而合成驅動脈沖，最終作為第一功率開關VT1和第二功率開關VT2的驅動信號。
權利要求
1.一種三電平輸出的三相功率因數校正電路，其特征在于，市電輸入火線與三相整流橋輸入端連接；所述三相整流橋的正輸出端與第三功率開關的A極連接；所述第三功率開關的K極與第一電感的一端連接；所述第一電感的另一端分別與第一功率開關的C極和第一二極管的A極連接；所述第一二極管的K極與第一電容的正極連接，作為正輸出端；市電零線分別與第一功率開關的E極和所述第一電容的負極連接，所述市電輸入的零線從輸入一直貫穿到輸出；所述三相整流橋的負輸出端與第四功率開關的K極連接；所述第四功率開關的A極與第二電感的一端連接；所述第二電感的另一端分別與第二功率開關的E極和第二二極管的K極連接；所述第二二極管的A極與第二電容的負極連接，作為負輸出端；所述市電零線分別與所述第二功率開關的C極和第二電容的正極連接。
2.根據權利要求
1所述的三電平輸出的三相功率因數校正電路，其特征在于，所述的第三功率開關和第四功率開關為功率晶閘管或功率繼電器。
3.根據權利要求
1所述的三電平輸出的三相功率因數校正電路，其特征在于，所述的第一和第二功率開關為功率場效應管或絕緣柵雙極晶體管。
4.根據權利要求
1所述的三電平輸出的三相功率因數校正電路，其特征在于，所述的第一和第二二極管為超快恢復功率二極管。
5.根據權利要求
1所述的三電平輸出的三相功率因數校正電路，其特征在于，所述第三功率開關的K極與第五功率開關的K極連接，所述第五功率開關的A極與第一電池組的正極連接，所述第一電池組的負極分別與第一功率開關的E極、第一電容的負極連接，構成正BUS輸出的對地端；所述第四功率開關的A極與第六功率開關的A極連接，所述第六功率開關的K極與第二電池組的負極連接，所述第二電池組的正極分別與第二功率開關的C極、第二電容的正極連接，構成負BUS輸出的對地端。
6.根據權利要求
5所述的三電平輸出的三相功率因數校正電路，其特征在于，所述的第五功率開關和第六功率開關為功率晶閘管或功率繼電器。
7.一種三電平輸出的三相功率因數校正電路的控制裝置，包括信號采樣部分、邏輯綜合部分、核心控制部分和驅動部分，其特征在于，所述核心控制部分包括功率因數校正專用的集成控制芯片、用以實現系統輸出穩壓的電壓環反饋、用以實現系統高輸入功率因數的電流環反饋，以及用以形成雙管PWM控制信號的驅動脈沖合成器；所述信號采樣部分對第一電感及第二電感的輸入端口電壓CHK+、CHK-進行采樣，一方面作為輸入電壓前饋環節以提高系統的動態響應過程；另一方面作為電流環的輸入電流波形給定；而對電感電流ichk+、ichk-進行采樣，與電流波形給定相比較，形成電流環；同時采樣正負BUS電壓作為電壓環的給定，與預設BUS電壓值進行比較后形成電壓環；專用集成芯片通過外圍的電壓環、電流環調節電路后，在內部通過平均電流控制PWM調制，從而合成驅動脈沖，最終作為第一功率開關VT1和第二功率開關VT2的驅動信號。
8.根據權利要求
7所述的三電平輸出的三相功率因數校正電路的控制裝置，其特征在于，所述邏輯綜合部分包括用以控制雙管同時導通的同步控制信號、用以控制系統輸出使能工作的系統開通信號、在過流過壓等故障時起到保護作用的系統保護信號；所述同步控制信號作為控制芯片的時鐘起始復位信號，用以對第一功率開關和第二功率開關的PWM驅動信號進行同步觸發，達到兩個功率開關導通動作同步；所述開通信號作為控制芯片的控制使能信號，控制PWM工作開通關斷；所述保護信號與PWM驅動信號進行邏輯相與，當出現過流過壓故障時，系統屏蔽PWM驅動輸出，起到系統的保護作用。
專利摘要
本發明公開了一種三電平輸出的三相功率因數校正電路及其控制裝置，旨在提供一種適合較大功率場合，體積重量小，復雜程度低，性能指標優的校正電路及控制裝置。三電平輸出的三相功率因數校正電路，包括三相整流橋VD3，功率開關VT3、VT4、VT5、VT6，升壓主管VT1、VT2，升壓二極管VD1、VD2，升壓電感L1、L2，電解電容C1、C2，兩個電池組。三電平輸出的三相功率因數校正電路的控制裝置，包括信號采樣部分、邏輯綜合部分、核心控制部分和驅動部分。
文檔編號H02M1/14GKCN1540848SQ03113276
公開日2004年10月27日 申請日期2003年4月22日
發明者新 陳, 陳新, 羅勇, 武士越 申請人:深圳市中興通訊股份有限公司南京分公, 深圳市中興通訊股份有限公司南京分公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan