專利名稱：具有功率因數(shù)校正功能的三相整流降壓電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種整流電路，尤其是涉及一種具有功率因數(shù)校正功能的三相整流降壓電路。
背景技術(shù)：
當(dāng)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(shù)，其原理是通過(guò)控制三相的整流可控橋的導(dǎo)通角來(lái)控制輸出直流電壓的大小，其缺點(diǎn)是此控制方法必然對(duì)輸入波形進(jìn)行切割，即破壞了輸入波形，從技術(shù)指標(biāo)上其輸入功率因數(shù)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(dāng)輸入電壓較高，而輸出電壓較低時(shí)，其指標(biāo)會(huì)更差，這樣與一般行業(yè)規(guī)范的技術(shù)指標(biāo)要求(> 0. 95和< 15%)不符；較大的輸入電流諧波和過(guò)低的功率因數(shù)會(huì)對(duì)電網(wǎng)形成污染、干擾，造成較大的無(wú)功損耗，因此往往需要在三 相交流輸入端加裝無(wú)功補(bǔ)償裝置，這樣不僅增加工程造價(jià)預(yù)算，而且增加使用面積。鑒于以上的問(wèn)題，有必要對(duì)該控制技術(shù)方法進(jìn)行優(yōu)化。中國(guó)專利CN102291036A公開(kāi)一種電力電子技術(shù)領(lǐng)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(jí)聯(lián)的濾波電路、初級(jí)與次級(jí)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(lián)濾波電容的全控型橋式整流電路，橋的兩個(gè)橋臂的中點(diǎn)分別連接第二推挽電路的兩個(gè)交流輸出端，整流橋的輸出端輸出直流電壓。中國(guó)專利CN201774468U公開(kāi)一種用電感濾波的電容降壓電路，先用電容Cl降壓經(jīng)整流電路整流，再經(jīng)濾波電容C2濾波成直流電，此直流電先經(jīng)由濾波電感L串聯(lián)到浪涌吸收電路吸收浪涌電流，再接到負(fù)載。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可減小對(duì)電網(wǎng)的污染、干擾并具有降低無(wú)功損耗等優(yōu)點(diǎn)的具有功率因數(shù)校正功能的三相整流降壓電路。本發(fā)明設(shè)有主功率拓?fù)潆娐?、隔離放大驅(qū)動(dòng)電路、控制信號(hào)源、整流控制電路和電源；所述主功率拓?fù)潆娐吩O(shè)有市電三相輸入電壓開(kāi)關(guān)、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(kāi)關(guān)外接市電三相輸入電壓，市電三相輸入電壓開(kāi)關(guān)、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(fù)載供電；所述整流控制電路設(shè)有功率因數(shù)校正器控制電路、充電電流控制電路、整流前級(jí)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(diào)控制電路；所述隔離放大驅(qū)動(dòng)電路的輸入端接功率因數(shù)校正器控制電路的輸出端，所述隔離放大驅(qū)動(dòng)電路的輸出端接降壓變換電路的驅(qū)動(dòng)電壓輸入端；
所述控制信號(hào)源的輸入端接整流器輸出電壓取樣電路的取樣信號(hào)輸出端，控制信號(hào)源的輸出端口分別與充電電流控制電路的控制信號(hào)輸入端和整流器輸出電壓微調(diào)控制電路的控制信號(hào)輸入端；所述功率因數(shù)校正器控制電路的取樣信號(hào)輸入端接降壓變換電路的電流采樣信號(hào)輸出端，功率因數(shù)校正器控制電路的驅(qū)動(dòng)脈寬輸出端接隔離放大驅(qū)動(dòng)電路的輸入端，功率因數(shù)校正器控制電路的整流前級(jí)6脈電壓輸入端接整流前級(jí)6脈電壓取樣電路的輸出端，功率因數(shù)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(diào)控制信號(hào)輸入端接整流器輸出電壓微調(diào)控制電路的整流器輸出電壓微調(diào)控制信號(hào)輸出端；充電電流控制電路的充電電流控制信號(hào)輸出端接功率因數(shù)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?fù)潆娐?、隔離放大驅(qū)動(dòng)電路、控制信號(hào)源、整流控制電路供電。所述降壓變換電路可設(shè)有調(diào)整管、電抗器、續(xù)流二極管、濾波電容和電流傳感器，所述調(diào)整管、電抗器、續(xù)流二極管、濾波電容和電流傳感器依次連接，調(diào)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(diào)整管采用單管絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)或場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)。所述整流控制電路可采用帶功率因數(shù)校正6脈單管絕緣柵雙極型晶體管整流控制電路。本發(fā)明在整流控制電路的作用下，使降壓變換電路輸出電流對(duì)三相不控整流后的6脈電壓波形進(jìn)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(dāng)于三相交流輸入電壓經(jīng)整流橋后直接帶阻性負(fù)載。這樣的控制結(jié)果會(huì)使輸入功率因數(shù)接近于0.958。單管IGBT也可以是MOS管。通過(guò)對(duì)輸入變壓器工藝控制，調(diào)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(yōu)的技術(shù)指標(biāo)。與已有的技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)⑴采用該控制技術(shù)方法后其三相交流輸入的功率因數(shù)> 0.95，輸入電流諧波< 15%，符合一般行業(yè)規(guī)范的技術(shù)指標(biāo)要求，大大降低了整流器對(duì)電網(wǎng)形成污染、干擾和無(wú)功損耗，且無(wú)須加裝無(wú)功補(bǔ)償裝置，減少了工程造價(jià)預(yù)算和使用面積；⑵降壓型可控硅相控整流需對(duì)六個(gè)可控硅同時(shí)控制，而該發(fā)明只需對(duì)單個(gè)IGBT的開(kāi)通和關(guān)閉進(jìn)行控制，控制方法較為簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)、可靠性高，且非常適用于大功率整流器。⑶采用平均電流實(shí)時(shí)控制技術(shù)，使IGBT開(kāi)通電流實(shí)時(shí)受到有效控制，從而有效避免因過(guò)大的電壓和電流應(yīng)力致使IGBT損壞，因此有更可靠性。⑷該發(fā)明采用高頻控制技術(shù)使輸出直流濾波電容的直流電壓受到更為實(shí)時(shí)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(fā)明通過(guò)對(duì)輸入變壓器工藝控制，調(diào)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(yōu)的技術(shù)指標(biāo)，使功率因數(shù)接近于I，輸入電流諧波小于5%。
圖I為本發(fā)明實(shí)施例的電路組成框圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例的電路組成原理圖。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖1，本發(fā)明實(shí)施例設(shè)有主功率拓?fù)潆娐稩、隔離放大驅(qū)動(dòng)電路2、控制信號(hào)源3、整流控制電路4和電源5。所述主功率拓?fù)潆娐稩設(shè)有市電三相輸入電壓開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)11外接市電三相輸入電壓，市電三相輸入電壓開(kāi)關(guān)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(fù)載供電。所述整流控制電路4是帶功率因數(shù)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(shè)有功率因數(shù)校正器控制電路41、充電電流控制電路42、整流前級(jí)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(diào)控制電路45。所述隔離放大驅(qū)動(dòng)電路2的輸入端接功率因數(shù)校正器控制電路41的輸出端，所述隔離放大驅(qū)動(dòng)電路2的輸出端接降壓變換電路15的驅(qū)動(dòng)電壓輸入端。所述控制信號(hào)源3的輸入端接整流器輸出電壓取樣電路44的取樣信號(hào)輸出端，控制信號(hào)源3的輸出端口分別與充電電流控制電路42的控制信號(hào)輸入端和整流器輸出電壓微調(diào)控制電路45的控制信號(hào)輸入端。所述功率因數(shù)校正器控制電路41的取樣信號(hào)輸入端接降壓變換電路15的電流采樣信號(hào)輸出端，功率因數(shù)校正器控制電路41的驅(qū)動(dòng)脈寬輸出端接隔離放大驅(qū)動(dòng)電路2的輸入端，功率因數(shù)校正器控制電路41的整流前級(jí)6脈電壓輸入端接整流前級(jí)6脈電壓取樣電路43的輸出端，功率因數(shù)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(diào)控制信號(hào)輸入端接整流器輸出電壓微調(diào)控制電路45的整流器輸出電壓微調(diào)控制信號(hào)輸出端；充電電流控制電路42的充電電流控制信號(hào)輸出端接功率因數(shù)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?fù)潆娐稩、隔離放大驅(qū)動(dòng)電路2、控制信號(hào)源3、整流控制電路4供電。所述降壓變換電路15可設(shè)有調(diào)整管Q1、電抗器L2、續(xù)流二極管D4、濾波電容C5和電流傳感器HALLl，所述調(diào)整管Ql、電抗器L2、續(xù)流二極管D4、濾波電容C5和電流傳感器HALLl依次連接，調(diào)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(diào)整管Ql采用單管絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)或場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)。參見(jiàn)圖2，框圖I是主功率拓?fù)潆娐稩，由5個(gè)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(kāi)關(guān)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(xù)流二極管D4、濾波電容C5和電流傳感器HALLl組成一個(gè)降壓變換電路，輸出穩(wěn)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(qū)動(dòng)電路2，由高速隔離光耦U1、推拉管Q2和Q3、驅(qū)動(dòng)電阻R4和R5組成的隔離放大驅(qū)動(dòng)電路去驅(qū)動(dòng)IGBT (Ql)；框圖3是控制信號(hào)源3，用于提供控制信號(hào)接線端子(采集電池充放電流信號(hào)給主板分析判斷處理，根據(jù)實(shí)際需求主板可輸出相應(yīng)的控制信號(hào)來(lái)微調(diào)整流器輸出電壓、充電電流和關(guān)閉整流器等);框圖4是整流控制電路4，由5個(gè)虛線框(41、42、43、44、45)的功能模塊組成。
虛線框41是功率因數(shù)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(zhǔn)電壓經(jīng)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(fù)反饋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)；6腳內(nèi)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(gè)電壓負(fù)反饋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)調(diào)RPl可對(duì)整流器輸出電壓進(jìn)行調(diào)整；引腳8 :由R12、R13、R14、C9、C24組成兩級(jí)濾波做為前饋電壓信號(hào)輸入；引腳9 :基準(zhǔn)電壓輸出；引腳10:通過(guò)R35來(lái)使能控制，由R18、C34組成延時(shí)開(kāi)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(lái)控制啟動(dòng)時(shí)脈寬緩啟動(dòng)；引腳15 :電源供應(yīng)；引腳16 :驅(qū)動(dòng)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(guò)R36和RP2、R3、R6、C16分壓濾波給U4-10P當(dāng)參考門坎，通過(guò)調(diào)RP2或R3輸入電壓可微調(diào)充電電流；霍爾電流傳感器2取樣電流經(jīng)R37、R38、C35、U4C反饋網(wǎng)絡(luò)控制輸出，并經(jīng)過(guò)R40、D5來(lái)限制UC3845的電壓反饋環(huán)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(jí)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(jīng)R16、R17、R21、U3C反相送給UC3854的前饋電壓信號(hào)和前饋電流信號(hào)的輸入，來(lái)做為功率因數(shù)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(jīng)R19、R20、R23、U3D反相送給UC3854的反饋電壓取樣輸入，來(lái)控制整流器的輸出電壓；虛線框45是整流器輸出電壓微調(diào)控制電路45 :將送來(lái)的充電電壓微調(diào)控制信號(hào)，經(jīng)R24、R45、R52、U4D組成一個(gè)積分濾波電路，經(jīng)R44輸出給U3D的3腳的門檻從而起到對(duì)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(duì)三相不控整流后的6脈電壓波形進(jìn)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(dāng)于三相交流輸入電壓經(jīng)整流橋后直接帶阻性負(fù)載。這樣的控制結(jié)果會(huì)使輸入功率因數(shù)接近于0.958。單管IGBT也可以是MOS管。通過(guò)對(duì)輸入變壓器工藝控制，調(diào)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(yōu)的技術(shù)指標(biāo)。
權(quán)利要求
1.具有功率因數(shù)校正功能的三相整流降壓電路，其特征在于設(shè)有主功率拓?fù)潆娐贰⒏綦x放大驅(qū)動(dòng)電路、控制信號(hào)源、整流控制電路和電源； 所述主功率拓?fù)潆娐吩O(shè)有市電三相輸入電壓開(kāi)關(guān)、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(kāi)關(guān)外接市電三相輸入電壓，市電三相輸入電壓開(kāi)關(guān)、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(fù)載供電； 所述整流控制電路設(shè)有功率因數(shù)校正器控制電路、充電電流控制電路、整流前級(jí)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(diào)控制電路； 所述隔離放大驅(qū)動(dòng)電路的輸入端接功率因數(shù)校正器控制電路的輸出端，所述隔離放大驅(qū)動(dòng)電路的輸出端接降壓變換電路的驅(qū)動(dòng)電壓輸入端； 所述控制信號(hào)源的輸入端接整流器輸出電壓取樣電路的取樣信號(hào)輸出端，控制信號(hào)源的輸出端口分別與充電電流控制電路的控制信號(hào)輸入端和整流器輸出電壓微調(diào)控制電路 的控制信號(hào)輸入端； 所述功率因數(shù)校正器控制電路的取樣信號(hào)輸入端接降壓變換電路的電流采樣信號(hào)輸出端，功率因數(shù)校正器控制電路的驅(qū)動(dòng)脈寬輸出端接隔離放大驅(qū)動(dòng)電路的輸入端，功率因數(shù)校正器控制電路的整流前級(jí)6脈電壓輸入端接整流前級(jí)6脈電壓取樣電路的輸出端，功率因數(shù)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(diào)控制信號(hào)輸入端接整流器輸出電壓微調(diào)控制電路的整流器輸出電壓微調(diào)控制信號(hào)輸出端；充電電流控制電路的充電電流控制信號(hào)輸出端接功率因數(shù)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?fù)潆娐?、隔離放大驅(qū)動(dòng)電路、控制信號(hào)源、整流控制電路供電。
2.如權(quán)利要求I所述的具有功率因數(shù)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(shè)有調(diào)整管、電抗器、續(xù)流二極管、濾波電容和電流傳感器，所述調(diào)整管、電抗器、續(xù)流二極管、濾波電容和電流傳感器依次連接，調(diào)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(diào)整管采用單管絕緣柵雙極型晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管。
3.如權(quán)利要求I所述的具有功率因數(shù)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(shù)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(shù)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(duì)電網(wǎng)的污染、干擾并具有降低無(wú)功損耗等優(yōu)點(diǎn)的具有功率因數(shù)校正功能的三相整流降壓電路。設(shè)有主功率拓?fù)潆娐?、隔離放大驅(qū)動(dòng)電路、控制信號(hào)源、整流控制電路和電源；主功率拓?fù)潆娐吩O(shè)有市電三相輸入電壓開(kāi)關(guān)、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(shè)有功率因數(shù)校正器控制電路、充電電流控制電路、整流前級(jí)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(diào)控制電路；電源為主功率拓?fù)潆娐?、隔離放大驅(qū)動(dòng)電路、控制信號(hào)源、整流控制電路供電。
文檔編號(hào)H02M1/12GK102739082SQ20121020718
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月21日
發(fā)明者劉新乾, 葉彬城, 巫良生, 陳文全 申請(qǐng)人:廈門普羅太克科技有限公司