一种三相单管DCM Boost PFC变换器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种三相单管DCM?Boost?PFC变换器，包括主功率电路和控制电路，所述主功率电路包括三相输入电压源、EMI滤波器、三相桥式整流电路、3个Boost电感、开关管、二极管、储能电容以及负载RLd；控制电路中分压电路的输出端A分别接入峰值取样电路和减法电路的输入端，峰值取样电路的输出端B与加法电路的输入端连接，加法电路的输出端C分别与减法电路的输入端、乘法器的第三输入端连接，减法电路的输出端D与乘法器的第一输入端连接，误差调节电路的输出端与乘法器的第二输入端相连接，乘法器的输出端P依次与PWM?IC芯片、开关管驱动连接，开关管驱动的输出端与开关管的门极连接。本发明可以使临界电感值增大，提高变换效率，同时减小了输出电压纹波。
【专利说明】—种三相单管DCM Boost PFC变换器
【技术领域】
[0001]本发明涉及电能变换装置的交流-直流变换器领域，特别是一种三相单管DCMBoost PFC变换器。
【背景技术】
[0002]功率因数校正(Power Factor Correction, PFC)变换器可以减小输入电流谐波，提高输入功率因数，已得到广泛应用，三相单管DCM(电流不连续模式)Boost (升压)PFC(功率因数校正)变化器具有开关管零电流开通、无二极管反向恢复、开关频率恒定、控制简单、成本低等优点，但是当在半个输入周期内占空比恒定时，输入电流谐波含量较大。输入电流主要含有与基波电流相位相差η的五次谐波，不仅功率因数较低，且使输入功率脉动变大，因而输出电压纹波高，需要更大的输出储能电容，变换器效率较低。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种高变换器效率、低输出电压纹波的三相单管DCMBoost PFC变换器。
[0004]实现本发明目的的技术解决方案为:一种三相单管DCM Boost PFC变换器，包括主功率电路和控制电路，所述主功率电路包括三相输入电压源va、Vb、Ve，EMI滤波器，6个整流二极管组成的三相桥式整流电路，3个Boost电感，开关管Qb，二极管Db，储能电容C。，以及负载Rw ;其中三相输入电压源va、vb, vc分别与EMI滤波器的输入端口连接，EMI滤波器的
输出端口与3个Boost电感--对应相接,3个Boost电感的另一端分别接入三相桥式整流
电路的对应输入端,三相桥式整流电路的输出负极为参考电位零点,三相桥式整流电路的输出正极分别接入开关管Qb的漏极和二`极管Db的阳极，开关管Qb的源极与参考电位零点连接；二极管Db的阴极分别接入储能电容C。的阳极和负载Ru的一端，储能电容C。的阴极和负载Rw的另一端均与参考电位零点连接，负载Ru的两端电压为输出电压V。；
[0005]所述的控制电路包括输入电压采样电路、分压电路、峰值取样电路、加法电路、减法电路、误差调节电路、乘法器、PWM IC芯片、开关管驱动，其中分压电路的输出端A分别接入峰值取样电路的输入端和减法电路的输入端，峰值取样电路的输出端B与加法电路的输入端连接，加法电路的输出端C分别与减法电路的输入端、乘法器的第三输入端Vz连接，减法电路的输出端D与乘法器的第一输入端Vx连接，误差调节电路的输出端vEA与乘法器的第二输入端Vy相连接，乘法器的输出端P与PWM IC芯片的输入端相连接，PWM IC芯片的输出端与开关管驱动的输入端连接，开关管驱动的输出端与开关管Qb的门极连接。
[0006]本发明与现有技术相比，其显著优点是:(1)在保持整个输入电压范围内PF值的变化规律基本不变的前提下，能够降低导通损耗，提高变换效率；(2)减小了输出电压纹波或输出储能电容；(3)电路结构容易实现，应用前景广阔。
【专利附图】
【附图说明】[0007]图1是三相单管DCM Boost PFC变换器主电路示意图。
[0008]图2是三相单管DCM Boost PFC变换器的三相交流输入电压波形图。
[0009]图3是[0，π /6]区间一个开关周期中各相电感电流波形图。
[0010]图4是半个工频周期内a相电感电流波形图。
[0011]图5是定占空比与变占空比PF曲线对比图。
[0012]图6是定变占空比控制方式下输入电流各次谐波与基波之比的曲线图。
[0013]图7是本发明三相单管DCM Boost PFC变换器的电路结构示意图。
[0014]图8是fK2(M，cot)随ω?的变化曲线图。
[0015]图9是不同输入电压下的临界电感值曲线图。
[0016]图10是定变占空比控制方式下的电感电流有效值曲线图。
[0017]图11是定变占空比控制方式下的瞬时输入功率标幺值曲线图。
[0018]图12是定变占空比控制方式下的输出电压纹波之比曲线图。
【具体实施方式】
[0019]I三相单管Boost PFC变换器的分析
[0020]图1所示为三相单管DCM Boost PFC变换器主电路，其中，La=Lb=Lc=L0图2给出了三相交流输入电压的波形。在[0，π/6]区间内，一个开关周期中各相电感电流的波形如图3所示。
[0021]定义三相交流输入电压va、vb, Vc分别为:
[0022]va = VmSin ω?(I)
[0023]vb = VmSin (ω t_2 π/3) (2)
[0024]vc = VmSin (ω t+2 π/3) (3)
[0025]其中Vni和ω分别为输入电压的幅值和角频率。
[0026]假设变换器的效率为100%，在[0，]内，一个开关周期中a相电感电流ia的平均
值ia—av为:
【权利要求】
1.一种三相单管DCM Boost PFC变换器，其特征在于，包括主功率电路和控制电路，所述主功率电路包括三相输入电压源Va、Vb、Ve，EMI滤波器，6个整流二极管即第一二极管Dp第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6组成的三相桥式整流电路，3个Boost电感即第一电感La、第二电感Lb、第三电感L。，开关管Qb，二极管Db，储能电容C。，以及负载Rw ;其中三相输入电压源va、vb, vc分别与EMI滤波器的输入端口连接，EMI滤波器的输出端口与3个Boost电感一一对应相接，3个Boost电感的另一端分别接入三相桥式整流电路的对应输入端，三相桥式整流电路的输出负极为参考电位零点，三相桥式整流电路的输出正极分别接入开关管Qb的漏极和二极管Db的阳极，开关管Qb的源极与参考电位零点连接；二极管Db的阴极分别接入储能电容C。的阳极和负载Ru的一端，储能电容C。的阴极和负载Ru的另一端均与参考电位零点连接，负载Ru的两端电压为输出电压V。; 所述的控制电路包括输入电压采样电路(I)、分压电路(2)、峰值取样电路(3)、加法电路(4)、减法电路(5)、误差调节电路(6)、乘法器(7)、PWM IC芯片(8)、开关管驱动(9)，其中分压电路(2)的输出端A分别接入峰值取样电路(3)的输入端和减法电路(5)的输入端，峰值取样电路⑶的输出端B与加法电路(4)的输入端连接，加法电路⑷的输出端C分别与减法电路(5)的输入端、乘法器(7)的第三输入端Vz连接，减法电路(5)的输出端D与乘法器(7)的第一输入端Vx连接，误差调节电路(6)的输出端vEA与乘法器(7)的第二输入端vy相连接，乘法器(7)的输出端P与PWM IC芯片⑶的输入端相连接，PWM IC芯片(8)的输出端与开关管驱动(9)的输入端连接，开关管驱动(9)的输出端与开关管Qb的门极连接。
2.根据权利要求1所述的三相单管DCMBoost PFC变换器，其特征在于，所述的输入电压采样电路⑴包括三相输入电压源va、vb, V。、第七二极管D7、第八二极管D8、第九二极管D9、第十二极管Dltl、第十一二极管Dn、第十二二极管D12 ;其中a相输入电压源Va分别连接第七二极管D7的阳极和第十二极管Dltl的阴极，b相输入电压源Vb分别连接第九二极管D9的阳极和第十二二极管D12的阴极，c相输入电压源V。分别连接第十一二极管D11的阳极和第八二极管D8的阴极，第七二极管D7的阴极、第九二极管D9的阴极、第十一二极管D11的阴极相连公共端作为整流输出电压的正极，第八二极管D8的阳极、第十二极管Dltl的阳极、第十二二极管D12的阳极相连公共端作为整流输出电压的负极。
3.根据权利要求1所述的三相单管DCMBoost PFC变换器，其特征在于，所述的分压电路⑵包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第一运算放大器A1 ;其中第一电阻R1—端与输入电压米样电路(I)中整流输出电压的正极相连，第一电阻R1的另一端分别与第二电阻R2的一端、第六电阻R6的一端相连，第二电阻R2的另一端分别与第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端相连，第三电阻R3的另一端与输入电压采样电路(I)中整流输出电压的负极相连，第四电阻R4的另一端分别接入第五电阻R5的一端、第一运算放大器A1的反向输入端,第五电阻R5的另一端与第一运算放大器A1的输出端A相连，第六电阻R6的另一端分别接入第七电阻R7的一端、第一运算放大器A1的正向输入端，第七电阻R7的另一端接参考电位零点。
4.根据权利要求1所述的三相单管DCMBoost PFC变换器，其特征在于，所述峰值取样电路(3)包括第八电阻R8、第七二极管D7、第一电容C1、第九电阻R9、第二运算放大器A2;其中第八电阻R8的一端与分压电路(2)中第一运算放大器A1的输出端A连接，第八电阻R8的另一端与第七二极管D7正极串联后经第七二极管D7的负极接入第二运算放大器A2的正相输入端，第一电容C1与第九电阻R9并联后一端与第二运算放大器A2的正相输入端相连、另一端接参考电位零点，第二运算放大器A2的反相输入端与输出端B直接连接。
5.根据权利要求1所述的三相单管DCMBoost PFC变换器，其特征在于，所述加法电路(4)包括第十电阻Rltl、第十一电阻Rn、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第三运算放大器A3 ;其中第十电阻Rltl—端与主电路输出电压V。正极相连接、另一端接入第三运算放大器A3的正向输入端，第十一电阻R11—端与第三运算放大器A3的正向输入端连接、另一端接入参考电位零点，第十二电阻R12 —端与第二运算放大器A2的输出端B连接、另一端接入第三运算放大器A3的正向输入端，第十三电阻R13接入第三运算放大器A3的反向输入端和输出端C之间，第十四电阻R14—端接入第三运算放大器A3的反向输入端、另一端接入参考电位零点。
6.根据权利要求1所述的三相单管DCMBoost PFC变换器，其特征在于，所述减法电路(5)包括第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第四运算放大器~；其中第十五电阻R15的一端与第一运算放大器A1输出端A连接、另一端连接到第四运算放大器A4的反向输入端，第十六电阻R16—端连接到第四运算放大器A4的正向输入端、另一端与参考电位零点连接，第十七电阻R17—端与第三运算放大器A3输出端C连接、另一端连接到第四运算放大器A4的正向输入端，第十八电阻R18连接到第四运算放大器A4的反向输入端与输出端D之间。
7.根据权利要求1所述的三相单管DCMBoost PFC变换器，其特征在于，所述误差调节电路(6)包括第十九电阻R19、第二十电阻R2tl、第二十一电阻R21、第二电容C2、第五运算放大器A5 ;其中第十九电阻R19 —端与输出电压V。正极连接、另一端与第五运算放大器A5的反向输入端连接，第二十电阻R2tl—端与第五运算放大器A5的反向输入端连接、另一端接入参考电位零点，第二十一电阻R21与第二电容C2串联后接入第五运算放大器A5的反向输入端和输出端之间，第五运算放大器A5的`正向输入端与输入电压参考点Vtjg连接。
【文档编号】H02M7/217GK103825477SQ201410065405
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年2月25日 优先权日:2014年2月25日
【发明者】姚凯, 孟庆赛, 吕建国, 曹敬承, 胡心诚 申请人:南京理工大学