專利名稱：具有功率因數校正功能的三相整流降壓電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種整流電路，尤其是涉及一種具有功率因數校正功能的三相整流降壓電路。
背景技術：
當前大功率的整流器一般采用降壓型6脈可控硅相控整流技術，其原理是通過控制三相的整流可控橋的導通角來控制輸出直流電壓的大小，其缺點是此控制方法必然對輸入波形進行切割，即破壞了輸入波形，從技術指標上其輸入功率因數較低(一般為0. 75以下)，輸入電流諧波較大(一般大于45%)，特別是當輸入電壓較高，而輸出電壓較低時，其指標會更差，這樣與一般行業規范的技術指標要求(> 0. 95和< 15%)不符；較大的輸入電流諧波和過低的功率因數會對電網形成污染、干擾，造成較大的無功損耗，因此往往需要在三 相交流輸入端加裝無功補償裝置，這樣不僅增加工程造價預算，而且增加使用面積。鑒于以上的問題，有必要對該控制技術方法進行優化。中國專利CN102291036A公開一種電力電子技術領域的交流推挽變換_全橋整流的降壓電路，包括高頻變換電路和阻抗變換電路，高頻變換電路的輸出端與阻抗變換電路的輸入端相連，所述高頻變換電路包括依次級聯的濾波電路、初級與次級帶中心抽頭的變壓器、第一和第二推挽電路；阻抗變換電路為輸出端并聯濾波電容的全控型橋式整流電路，橋的兩個橋臂的中點分別連接第二推挽電路的兩個交流輸出端，整流橋的輸出端輸出直流電壓。中國專利CN201774468U公開一種用電感濾波的電容降壓電路，先用電容Cl降壓經整流電路整流，再經濾波電容C2濾波成直流電，此直流電先經由濾波電感L串聯到浪涌吸收電路吸收浪涌電流，再接到負載。
發明內容
本發明的目的是提供一種可減小對電網的污染、干擾并具有降低無功損耗等優點的具有功率因數校正功能的三相整流降壓電路。本發明設有主功率拓撲電路、隔離放大驅動電路、控制信號源、整流控制電路和電源；所述主功率拓撲電路設有市電三相輸入電壓開關、三相輸入電抗、三相整流橋、濾波電容和降壓變換電路；所述市電三相輸入電壓開關外接市電三相輸入電壓，市電三相輸入電壓開關、三相輸入電抗、三相整流橋和濾波電容依次連接，濾波電容的6脈波直流電壓輸出端接降壓變換電路的輸入端，降壓變換電路輸出端輸出直流電壓為負載供電；所述整流控制電路設有功率因數校正器控制電路、充電電流控制電路、整流前級6脈電壓取樣電路、整流器輸出電壓取樣電路和整流器輸出電壓微調控制電路；所述隔離放大驅動電路的輸入端接功率因數校正器控制電路的輸出端，所述隔離放大驅動電路的輸出端接降壓變換電路的驅動電壓輸入端；
所述控制信號源的輸入端接整流器輸出電壓取樣電路的取樣信號輸出端，控制信號源的輸出端口分別與充電電流控制電路的控制信號輸入端和整流器輸出電壓微調控制電路的控制信號輸入端；所述功率因數校正器控制電路的取樣信號輸入端接降壓變換電路的電流采樣信號輸出端，功率因數校正器控制電路的驅動脈寬輸出端接隔離放大驅動電路的輸入端，功率因數校正器控制電路的整流前級6脈電壓輸入端接整流前級6脈電壓取樣電路的輸出端，功率因數校正器控制電路的整流器輸出電壓輸 入端接整流器輸出電壓取樣電路的輸出端，整流器輸出電壓取樣電路的整流器輸出電壓微調控制信號輸入端接整流器輸出電壓微調控制電路的整流器輸出電壓微調控制信號輸出端；充電電流控制電路的充電電流控制信號輸出端接功率因數校正器控制電路的充電電流控制電路輸入端；所述電源為主功率拓撲電路、隔離放大驅動電路、控制信號源、整流控制電路供電。所述降壓變換電路可設有調整管、電抗器、續流二極管、濾波電容和電流傳感器，所述調整管、電抗器、續流二極管、濾波電容和電流傳感器依次連接，調整管的輸入端接濾波電容的6脈波直流電壓輸出端；所述調整管采用單管絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)或場效應管(MOSFET)。所述整流控制電路可采用帶功率因數校正6脈單管絕緣柵雙極型晶體管整流控制電路。本發明在整流控制電路的作用下，使降壓變換電路輸出電流對三相不控整流后的6脈電壓波形進行跟蹤，從而使整流后的電流波形和電壓波形基本一致，相當于三相交流輸入電壓經整流橋后直接帶阻性負載。這樣的控制結果會使輸入功率因數接近于0.958。單管IGBT也可以是MOS管。通過對輸入變壓器工藝控制，調整變壓器輸出之間彼此的相位角度，該控制方法還可以組合成12、18脈波等的整流控制，從而得到更優的技術指標。與已有的技術相比較，本發明具有以下優點⑴采用該控制技術方法后其三相交流輸入的功率因數> 0.95，輸入電流諧波< 15%，符合一般行業規范的技術指標要求，大大降低了整流器對電網形成污染、干擾和無功損耗，且無須加裝無功補償裝置，減少了工程造價預算和使用面積；⑵降壓型可控硅相控整流需對六個可控硅同時控制，而該發明只需對單個IGBT的開通和關閉進行控制，控制方法較為簡單、易實現、可靠性高，且非常適用于大功率整流器。⑶采用平均電流實時控制技術，使IGBT開通電流實時受到有效控制，從而有效避免因過大的電壓和電流應力致使IGBT損壞，因此有更可靠性。⑷該發明采用高頻控制技術使輸出直流濾波電容的直流電壓受到更為實時控制，輸出電壓精度高、整流器輸出紋波電壓小，在一樣的輸出紋波電壓要求下輸出濾波電容大大減少，可降低成本。(5)該發明通過對輸入變壓器工藝控制，調整變壓器輸出之間彼此的相位角度，該控制方法還可以組合成12、18脈波等的整流控制，從而得到更優的技術指標，使功率因數接近于I，輸入電流諧波小于5%。
圖I為本發明實施例的電路組成框圖。圖2為本發明實施例的電路組成原理圖。
具體實施例方式參見圖1，本發明實施例設有主功率拓撲電路I、隔離放大驅動電路2、控制信號源3、整流控制電路4和電源5。所述主功率拓撲電路I設有市電三相輸入電壓開關11 (SW1)、三相輸入電抗12(LI)、三相整流橋13 (D1)、濾波電容14 (C4)和降壓變換電路15 ;所述市電三相輸入電壓開關11外接市電三相輸入電壓，市電三相輸入電壓開關11、三相輸入電抗12、三相整流橋13和濾波電容14依次連接，濾波電容14的6脈波直流電壓輸出端接降壓變換電路15的輸入端，降壓變換電路15輸出端輸出直流電壓為負載供電。所述整流控制電路4是帶功率因數校正6脈單管絕緣柵雙極型晶體管整流控制電路，所述整流控制電路4設有功率因數校正器控制電路41、充電電流控制電路42、整流前級6脈電壓取樣電路43、整流器輸出電壓取樣電路44和整流器輸出電壓微調控制電路45。所述隔離放大驅動電路2的輸入端接功率因數校正器控制電路41的輸出端，所述隔離放大驅動電路2的輸出端接降壓變換電路15的驅動電壓輸入端。所述控制信號源3的輸入端接整流器輸出電壓取樣電路44的取樣信號輸出端，控制信號源3的輸出端口分別與充電電流控制電路42的控制信號輸入端和整流器輸出電壓微調控制電路45的控制信號輸入端。所述功率因數校正器控制電路41的取樣信號輸入端接降壓變換電路15的電流采樣信號輸出端，功率因數校正器控制電路41的驅動脈寬輸出端接隔離放大驅動電路2的輸入端，功率因數校正器控制電路41的整流前級6脈電壓輸入端接整流前級6脈電壓取樣電路43的輸出端，功率因數校正器控制電路41的整流器輸出電壓輸入端接整流器輸出電壓取樣電路44的輸出端，整流器輸出電壓取樣電路44的整流器輸出電壓微調控制信號輸入端接整流器輸出電壓微調控制電路45的整流器輸出電壓微調控制信號輸出端；充電電流控制電路42的充電電流控制信號輸出端接功率因數校正器控制電路41的充電電流控制電路輸入端。所述電源5為主功率拓撲電路I、隔離放大驅動電路2、控制信號源3、整流控制電路4供電。所述降壓變換電路15可設有調整管Q1、電抗器L2、續流二極管D4、濾波電容C5和電流傳感器HALLl，所述調整管Ql、電抗器L2、續流二極管D4、濾波電容C5和電流傳感器HALLl依次連接，調整管Ql的輸入端接濾波電容C4的6脈波直流電壓輸出端；所述調整管Ql采用單管絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)或場效應管(MOSFET)。參見圖2，框圖I是主功率拓撲電路I，由5個虛線框(11、12、13、14、15)的功能模塊組成框圖11是市電三相輸入電壓開關11 (SW1)，框圖12是三相輸入電抗12 (LI)，框圖13是三相整流橋13 (D1)、框圖14是濾波電容14 (C4)，框圖15是降壓變換電路15，由IGBT (Q1)、高頻電抗器L2、續流二極管D4、濾波電容C5和電流傳感器HALLl組成一個降壓變換電路，輸出穩定的直流電壓給蓄電池組或給逆變器供電。
框圖2是隔離放大驅動電路2，由高速隔離光耦U1、推拉管Q2和Q3、驅動電阻R4和R5組成的隔離放大驅動電路去驅動IGBT (Ql)；框圖3是控制信號源3，用于提供控制信號接線端子(采集電池充放電流信號給主板分析判斷處理，根據實際需求主板可輸出相應的控制信號來微調整流器輸出電壓、充電電流和關閉整流器等);框圖4是整流控制電路4，由5個虛線框(41、42、43、44、45)的功能模塊組成。
虛線框41是功率因數校正器控制電路41，其中控制芯片為UC3854，引腳I :接地；引腳2 :限流，由基準電壓經R22和RlO的分壓值決定；引腳3、4、5 由R7、R8、R9、C22、C23組成電流負反饋補償網絡；6腳內置乘法器的輸入電流取樣；引腳7、11 :由R41、R42、R43、RPU C25、C31組成一個電壓負反饋補償網絡，通過調RPl可對整流器輸出電壓進行調整；引腳8 :由R12、R13、R14、C9、C24組成兩級濾波做為前饋電壓信號輸入；引腳9 :基準電壓輸出；引腳10:通過R35來使能控制，由R18、C34組成延時開啟；引腳12、14:由1 34和C30組成震蕩電路；引腳13 :由C33的充電來控制啟動時脈寬緩啟動；引腳15 :電源供應；引腳16 :驅動脈寬輸出。也可以是TK83854、ML4821等這類平均電流控制的芯片的電路組成。虛線框42是充電電流控制電路42 +12VA通過R36和RP2、R3、R6、C16分壓濾波給U4-10P當參考門坎，通過調RP2或R3輸入電壓可微調充電電流；霍爾電流傳感器2取樣電流經R37、R38、C35、U4C反饋網絡控制輸出，并經過R40、D5來限制UC3845的電壓反饋環輸出的大小，從而控制整流器的充電電流。虛線框43是整流前級6脈電壓取樣電路43 :由R26 R31、C26、C27、U3B組成差分變壓取樣，再經R16、R17、R21、U3C反相送給UC3854的前饋電壓信號和前饋電流信號的輸入，來做為功率因數校正和輸出功率控制；虛線框44是整流器輸出電壓取樣電路44:由1 46 1 51、028、029、仍4組成差分變壓取樣，再經R19、R20、R23、U3D反相送給UC3854的反饋電壓取樣輸入，來控制整流器的輸出電壓；虛線框45是整流器輸出電壓微調控制電路45 :將送來的充電電壓微調控制信號，經R24、R45、R52、U4D組成一個積分濾波電路，經R44輸出給U3D的3腳的門檻從而起到對整流器輸出電壓控制的作用。在整流控制電路4的作用下，使降壓變換電路15輸出電流對三相不控整流后的6脈電壓波形進行跟蹤，從而使整流后的電流波形和電壓波形基本一致，相當于三相交流輸入電壓經整流橋后直接帶阻性負載。這樣的控制結果會使輸入功率因數接近于0.958。單管IGBT也可以是MOS管。通過對輸入變壓器工藝控制，調整變壓器輸出之間彼此的相位角度，該控制方法還可以組合成12、18脈波等的整流控制，從而得到更優的技術指標。
權利要求
1.具有功率因數校正功能的三相整流降壓電路，其特征在于設有主功率拓撲電路、隔離放大驅動電路、控制信號源、整流控制電路和電源； 所述主功率拓撲電路設有市電三相輸入電壓開關、三相輸入電抗、三相整流橋、濾波電容和降壓變換電路；所述市電三相輸入電壓開關外接市電三相輸入電壓，市電三相輸入電壓開關、三相輸入電抗、三相整流橋和濾波電容依次連接，濾波電容的6脈波直流電壓輸出端接降壓變換電路的輸入端，降壓變換電路輸出端輸出直流電壓為負載供電； 所述整流控制電路設有功率因數校正器控制電路、充電電流控制電路、整流前級6脈電壓取樣電路、整流器輸出電壓取樣電路和整流器輸出電壓微調控制電路； 所述隔離放大驅動電路的輸入端接功率因數校正器控制電路的輸出端，所述隔離放大驅動電路的輸出端接降壓變換電路的驅動電壓輸入端； 所述控制信號源的輸入端接整流器輸出電壓取樣電路的取樣信號輸出端，控制信號源的輸出端口分別與充電電流控制電路的控制信號輸入端和整流器輸出電壓微調控制電路 的控制信號輸入端； 所述功率因數校正器控制電路的取樣信號輸入端接降壓變換電路的電流采樣信號輸出端，功率因數校正器控制電路的驅動脈寬輸出端接隔離放大驅動電路的輸入端，功率因數校正器控制電路的整流前級6脈電壓輸入端接整流前級6脈電壓取樣電路的輸出端，功率因數校正器控制電路的整流器輸出電壓輸入端接整流器輸出電壓取樣電路的輸出端，整流器輸出電壓取樣電路的整流器輸出電壓微調控制信號輸入端接整流器輸出電壓微調控制電路的整流器輸出電壓微調控制信號輸出端；充電電流控制電路的充電電流控制信號輸出端接功率因數校正器控制電路的充電電流控制電路輸入端； 所述電源為主功率拓撲電路、隔離放大驅動電路、控制信號源、整流控制電路供電。
2.如權利要求I所述的具有功率因數校正功能的三相整流降壓電路，其特征在于所述降壓變換電路設有調整管、電抗器、續流二極管、濾波電容和電流傳感器，所述調整管、電抗器、續流二極管、濾波電容和電流傳感器依次連接，調整管的輸入端接濾波電容的6脈波直流電壓輸出端；所述調整管采用單管絕緣柵雙極型晶體管或場效應管。
3.如權利要求I所述的具有功率因數校正功能的三相整流降壓電路，其特征在于所述整流控制電路為帶功率因數校正6脈單管絕緣柵雙極型晶體管整流控制電路。
全文摘要
具有功率因數校正功能的三相整流降壓電路，涉及一種整流電路。提供一種可減小對電網的污染、干擾并具有降低無功損耗等優點的具有功率因數校正功能的三相整流降壓電路。設有主功率拓撲電路、隔離放大驅動電路、控制信號源、整流控制電路和電源；主功率拓撲電路設有市電三相輸入電壓開關、三相輸入電抗、三相整流橋、濾波電容和降壓變換電路；整流控制電路設有功率因數校正器控制電路、充電電流控制電路、整流前級6脈電壓取樣電路、整流器輸出電壓取樣電路和整流器輸出電壓微調控制電路；電源為主功率拓撲電路、隔離放大驅動電路、控制信號源、整流控制電路供電。
文檔編號H02M1/12GK102739082SQ20121020718
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月21日 優先權日2012年6月21日
發明者劉新乾, 葉彬城, 巫良生, 陳文全 申請人:廈門普羅太克科技有限公司