一种基于无桥cuk隔离型三相功率因数校正变换器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及三相交流电的功率因数校正领域，尤其涉及一种升降压和隔离输入输 出的三相功率因数校正变换器。
【背景技术】
[0002] 开关电源变换器的功率大于75W在接入电网前级加入功率因数校正变换器，从而 减少谐波对电网的污染。在中、大功率（几千瓦以上）应用场合，一般情况下采用三相电源 供电。采用传统的三相不控整流器整流会使输入电流产生畸变，谐波含量增加，威胁电网的 安全运行。广泛应用的三相BOOST结构的PWM整流器输出电压高达500V以上，这对后级负 载的电压应力要求很高，在要求低电压输出时，输出端加一级DC/DC变换器降压之后给最 终的负载供电，这就增加了电源设计的成本和难度，降低整机效率。三相BUCK结构的PWM 整流电路可以实现降压，但是不能实现升压，在要求高压输出时，输出端加DC/DC变换器， 这就增加了电源设计的成本和难度，降低整机效率。无论是三相BOOST结构的PWM整流电 路还是三相BUCK结构的PWM整流电路均不能够实现电气隔离。三相BUCK-BOOST PWM整流 电路虽然能够实现升降压，但是不能够实现电气隔离，将后级负载的干扰传输到输入交流 电源侧，加大了功率因数校正的难度。倘若直接用传统的三个单级非隔离型BOOST并联在 三相上，则存在相与相之间的环流，影响到非隔离型BOOST变换器的工作。每相由非隔离型 BOOST和后级隔离DC/DC变换器组成的双级结构并联成的三相功率因数校正变换器，虽然 具有升降压和隔离的功能，但是由于需要设计两级电路，整机效率低，且每级电路都需要控 制电路，这就增加了设计成本和难度。对于传统的CUK和SEPIC隔离型变换器也可以实现 三相并联，但是由于前级一般采用不控二极管整流桥，每半个工频周期均有两个二极管导 通且存在整流二极管的反向恢复问题，采用二极管不控整流桥与传统隔离型CUK和SEPIC 变换器中开关管是硬开关开通，开关管的损耗大，这都降低了整机的工作效率。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于无桥CUK隔离型三相 功率因数校正变换器，具体技术方案如下。
[0004] -种基于无桥CUK隔离型三相功率因数校正变换器，其包括星形连接的三相交流 电源、三个结构一样的无桥CUK隔离型变换器、输出滤波电容和负载，三个所述无桥CUK隔 离型变换器的输入端分别各自与三相交流电源的A相、B相、C相电压连接，三个所述无桥 CUK隔离型变换器通过互连端相互连接；三个所述无桥CUK隔离型变换器的输出端接输出 滤波电容的两端，输出滤波电容的两端接负载。
[0005] 进一步地，所述三个结构一样的无桥CUK隔离型变换器中，每个无桥CUK隔离型变 换器包括输入电感、第一原边二极管和第二原边二极管、第一开关管和第二开关管、原边电 容、高频变压器、副边电容、副边二极管和副边电感组成，其中输入电感的一端作为无桥CUK 隔离型变换器的输入端，输入电感的另一端接第一原边二极管的阳极和第二原边二极管的 阴极，第一原边二极管的另一端与第一开关管源极和原边电容的一端连接；第一开关管的 漏极与第二开关管的源极连接，并在连接点处引出一端作为互联端，与另外的变换器相连； 原边电容的另一端与高频变压器的原边同名端连接；第二原边二极管的阳极与第二开关管 的漏极和高频变压器的原边非同名端连接；高频变压器的副边非同名端与副边电容的一端 相连；副边电容的另一端与副边二极管的阴极和副边电感的一端相连接；副边电感的另一 端作为输出端的正极端，并与输出滤波电容和负载正极端相连接；高频变压器的副边同名 端与副边二极管的阳极连接，并在此连接点处引出一端作为输出端的共地端。
[0006] 进一步地，三个无桥CUK隔离型变换器中的每个变换器具有单独的控制器或由同 一控制器同时控制。
[0007] 进一步地，负载为纯电阻性负载、阻感性负载、阻容性负载或开关变换器。
[0008] 进一步地，所有二极管为普通二极管、功率二极管、晶闸管或全控型开关管。
[0009] 进一步地，所有开关管为MOSFET、带有寄生反并联二极管IGBT或反并联二极管的 单向导通的开关管。
[0010] 与现有的技术相比较，本发明具有的优势为：实现接近于1的功率因数，实现输入 电压的升降压，满足后级负载的多种电气要求，输入交流电源侧与输出负载端的电气隔离。 当三个变换器均工作在断续模式下时，本发明只需要一个电压环就可以控制三个隔离变换 器，即可实现功率因数校正。这相对于传统的BOOST PWM整流电路，控制方法很简单。前级 采用的两个开关管代替了整流桥中的二极管，在输入电源的正半周，每个变换器的上开关 管S l iQ = 1，2, 3)实现零电流开通，下开关管S2 i (i = 1，2, 3)实现零电压开通，整机的效 率较高。本发明提出的一种基于无桥CUK隔离型三相功率因数校正变换器中的三个变换器 结构一样，参数一样，且减少了整机的设计难度和成本，在工业化流水线生产中具有很大的 优势。
【附图说明】
[0011] 图1为一种基于无桥CUK隔离型三相功率因数校正变换器的结构图。
[0012] 图2为一个工频周期的三相交流电波形图。
[0013] 图3为六个开关管同时导通时三相功率因数校正变换器工作原理图。
[0014] 图4为六个开关管关断，副边二极管ID3」(i = 1，2, 3)都不为零时变换器的工作原 理图。
[0015] 图5为六个开关管关断，副边二极管电流ID3= 1，3)不为零，ID3 2为零时变换 器的工作原理图。
[0016] 图6为六个开关管关断，副边二极管电流Id3 3不为零，ID3」（i = 1，2)为零时变换 器的工作原理图。
[0017] 图7为六个开关管关断，副边二极管ID3」(i = 1，2, 3)都为零时变换器的工作原理 图。
[0018] 图8为本发明实施例设计为400V时的输入电感电流和输出电压波形。
[0019] 图9为无桥CUK隔离型变换器（3)的上下两个开关管的电压和电流放大150倍波 形。
[0020] 图10为每个输入电感电流和对应的交流相电压波形。
[0021] 图11为截取模态5的一小段对应的三相交流电压波形和三个副边二极管电流波 形。 具体实施方案
[0022] 为进一步阐述本发明的内容和特点，以下结合附图对本发明的具体实施方案进行 具体说明，但本发明的实施和保护不限于此，以下若有未特别详细说明之处，均是本领域技 术人员可采用现有技术实现的。
[0023] 本发明的基本拓扑结构如图1所示，作为实施例提供一种基于无桥CUK隔离型三 相功率因数校正变换器，包括星形连接的三相交流电源、三个结构一样的无桥CUK隔离型 变换器、输出滤波电容和负载。第i (i = 1，2, 3)个无桥CUK隔离型变换器由输入电感L1」、 原边二极管D1」和D 2 i、开关管S1」和S 2 i、原边电容C1」、高频变压器Tp副边电容C2」、副边 二极管D 3i和副边电感L2i组成。所有的二极管可以是普通二极管、功率二极管和晶闸管和 全控型开关管，所有的开关管可以是MOSFET和单向导通的开关并联二极管。A相电压通过 输入电感L 1」接到原边二极管D u阳极和原边二极管D 21阴极连接的节点，B相电压通过输 入电感L1 2接到原边二极管D 12阳极和原边二极管D 2 2阴极连接的节点，C相电压通过输入 电感L1 3接到原边二极管D 13阳极和原边二极管D 2 3阴极连接的节点。第一无桥CUK隔离 型变换器1的开关管S1」和开关管S 21之间的节点、第二无桥CUK隔离型变换器2的开关管 S1 2和开关管S 2 2之间的节点和第三无桥CUK隔离型变换器3的开关管S 13和开关管S 2 3之 间的节点相互连接。高频变压器Ti (i = 1，2, 3)的原边绕组的同名端分别连接在原边电容 C1」(i = 1，2, 3)，副边绕组的异名端连接在副边电容C2 i (i = 1，2, 3)的一端。
[0024] 原边电容C1」和副边电容C2」(i = 1，2,3)都是无极性电容。副边电感L2」(i = 1，2, 3) -端连接副边电容C2」（i = 1，2, 3)，一端相互连接在一起之后接到滤波电容和负 载。滤波电容(；^是大容量的电容。负载可以是纯电阻负载、阻感性负载、容性负载和开关 变换器。本发明实施例中每个无桥CUK隔离型变换器工作在断续模式状态下，采用一个电 压环控制器控制三个无桥CU