专利名称:三电平输出的三相功率因数校正电路及其控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种市电输入功率因数校正电路及装置，更具体地说是涉及一种三相功率因数校正电路及其控制装置。
背景技术：
公开号为CN1233104，发明创造名称为《单开关三相功率因数校正方法及电路》的申请案公开了一种三相功率因数的校正电路。该电路在整流电路的输出端两端跨接一个电子开关，该开关和一个脉冲控制信号连接。由于电路只有一个开关管，使得控制策略复杂，器件应力大，不适合用于中大功率场合。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中的不足之处，提供一种适用于较大功率场合，复杂程度低，性能优越的三电平输出的三相功率因数校正电路及装置。
它通过下述技术方案实现一种三电平输出的三相功率因数校正电路，市电输入火线与三相整流桥VD3输入端连接；三相整流桥VD3的正输出端与第三功率开关VT3的A极连接；第三功率开关VT3的K极与第一电感的一端连接；第一电感L1的另一端分别与第一功率开关VT1的C极和第一二极管VD1的A极连接；第一二极管的K极与第一电容C1的正极连接，作为正输出端；市电零线分别与第一功率开关VT1的E极和所述第一电容C1的负极连接，市电输入的零线从输入一直贯穿到输出；三相整流桥的负输出端与第四功率开关VT4的K极连接；第四功率开关VT4的A极与第二电感L2的一端连接；第二电感L2的另一端分别与第二功率开关VT2的E极和第二二极管VD2的K极连接；第二二极管VD2的A极与第二电容C2的负极连接，作为负输出端；市电零线分别与所述第二功率开关VT2的C极和第二电容C2的正极连接。
另外，根据不间断电源UPS的输入特性要求，对电池输入时兼用同一套功率和控制电路达到输出电压调整作用，使正负BUS电压仍然维持同样的恒定值，可以加入电池组，第一电池组BATTERY1的正极与第五功率开关VT5的A极连接，第五功率开关VT5的K极与第三功率开关的K极和第一电感的一端相连接；负极与零线连接；第二电池组BATTERY2的正极与零线连接，负极与第六功率开关VT6的K极连接，第六功率开关VT6的A极与第四功率开关的A极和第二电感的一端相连接；一种三电平输出的三相功率因数校正电路的控制装置，包括信号采样部分、逻辑综合部分、核心控制部分和驱动部分，核心控制部分包括功率因数校正专用集成控制芯片、电压环反馈、电流环反馈、驱动脉冲合成器，其中功率因数校正专用集成控制芯片为UC3854，电压环反馈用以实现输出电压稳压，电流环用以实现输入电流波形跟随输入电压波形变化，即调整系统的输入功率因数，最后系统通过驱动脉冲合成器形成上下双管的两路PWM控制信号；信号采样部分包括正负BUS电压采样、电感输入端电压采样、电感电流采样，正负BUS电压采样用以形成电压环，电感输入端电压形成电压环前馈，电感电流采样用以形成电流环；逻辑综合部分包括系统的同步控制信号(SYNC)、系统开通信号(ENABLE)、系统保护信号(PROTECT)，系统同步控制信号作为控制芯片的时钟起始复位信号，用以对PWM驱动控制信号进行同步触发，控制上下两个功率开关同时导通，系统开通信号作为控制芯片的控制使能信号，此外当有过流过压情况发生时，系统保护信号会屏蔽系统控制信号输出，起到系统的保护作用；驱动部分包括光耦隔离、驱动电路，将系统的控制信号首先通过光耦实现隔离作用，再通过驱动电路对功率器件进行直接驱动。
本发明适合较大功率场合，体积重量小，复杂程度低，性能指标优。
图1为三电平输出的三相升压功率因数校正电路；图2是图1电路的控制电路框图；图3是图2核心控制电路的详细控制原理图。
具体实施方式
图1为本发明所提出的三电平输出的三相功率因数校正电路，VT3、VT4一般选功率晶闸管，也可用功率继电器替代；VT1、VT2一般选功率场效应管或绝缘栅双极晶体管；VD1、VD2为超快恢复功率二极管；VT5、VT6一般选功率晶闸管，也可用功率继电器替代。其连接关系为市电输入为三相四线制，记为A，B，C，N；A，B，C接三相整流桥VD3输入，REC+，REC-为三相整流桥输出的正和负；REC+接功率开关器件VT3的A极，VT3的K极接升压电感L1的一端，记为CHK+，升压电感L1的另一端接升压主管VT1的C极和升压二极管VD1的A极，VD1的K极接直流母线电解电容C1的正极，记为BUS+，VT1的E极和C1的负极接市电输入零线N，则整流桥VD3，L1，VT1，VD1，C1组成了一个正Boost电路；REC-接VT4的K极，VT4的A极接升压电感L2的一端，记为CHK-，L2的另一端接VT2的E极和VD2的K极，VD2的A极接C2的负极，记为BUS-，VT2的C极和C2的正极接N，则整流桥VD3，L2，VT2，VD2，C2组成了一个负Boost电路。另外，可在CHK+和N之间接入一组正电池组支路，第一电池组BATTERY1的负端接N，正端接VT5A极，VT5的K极接CHK+；在CHK-和N之间接入负电池组支路，第二电池组BATTERY2的正端接N，负端接VT6的K极，VT6的A极接CHK-。BUS+，N，BUS-组成了电路的三电平输出。
下面分别叙述该电路在三相市电输入工作和双组电池升压工作时的特点和对控制电路的要求由于有市电零线N接入，正负Boost电路是相互解耦的，正Boost电路的工作只与VT1的开关相关，负Boost电路的工作只与VT2的开关相关，因此，市电输入工作时，VT3，VT4导通，VT5，VT6截止，控制VT1开关使正Boost电路工作，输出稳定的BUS+，并使电感L1上的电流波形跟踪CHK+电压波形；控制VT2开关使负Boost电路工作，输出稳定的BUS-，并使电感L2上的电流波形跟踪CHK-电压波形；这样工作，可使得每相市电电流在峰值两侧各60度范围内跟踪市电电压，而在其它范围为0，这样的市电理论上PF值大于0.95，THD小于30％，故该电路具有三相市电输入PFC功能，电路相对传统三相独立的有源功率因数校正电路更加简单实效，同时性能指标明显优于无源滤波方法。电池升压工作时，VT3，VT4截止，VT5，VT6导通，正负Boost电路分别控制正负电池组的升压。
下面描述VT3，VT4的功能，市电输入工作时，VT3，VT4导通，后级电路按BoostPFC方式工作，但当市电为高压，甚至市电峰值高于BUS电压值时，Boost PFC电路的工作条件是不能满足的，此时，如果不加以处理，必然会使得VT1，VT2的开关工作不正常，从而导致L1，L2上的电流振荡，发出很大的噪声。我们可采取的方法有以下两种，一是关断VT3，VT4，导通VT5，VT6，让系统转入电池升压工作，但我们总是希望尽量拓宽市电的工作范围，减少电池放电的次数，从而延长电池的使用寿命，此时，可对VT3，VT4进行相控，避开输入市电峰值较高点，只在市电的瞬时电压满足Boost PFC电路的区段导通VT3，VT4，又或者关断VT1，VT2，只可对VT3，VT4进行相控，使得BUS电压稳定，此时对系统输入PFC指标不做要求。以上控制方法可以将市电的工作范围往高压段拓展。
三电平输出的三相功率因数校正电路的控制装置，如图2所示，包括信号采样部分101、逻辑综合部分102、核心控制部分103和驱动部分104。核心控制部分包括功率因数校正专用集成控制芯片、电压环反馈、电流环反馈、驱动脉冲合成器；核心控制部分可以采用Unitrode公司的PFC专用芯片UC3854及其外围电路完成。信号采样部分包括正负BUS电压采样、电感输入端电压采样、电感输入电流采样；逻辑综合部分包括系统的同步控制信号(SYNC)、系统开通信号(ENABLE)、系统保护信号(PROTECT)；驱动部分包括光耦隔离、驱动电路。
图3为三相功率因数校正控制核心原理图，首先将直流母线电压(+DCBUS、-DCBUS)进行采样，以此作为电流环给定的幅值基准，通过电压环闭环调节输出直流电压大小将与给定相等，达到输出直流电压稳压设计要求；将电感输入端电压(VCHK+、VCHK-)进行采样，一方面作为输入电压前馈环节以提高系统的动态响应过程；另一方面作为电感输入电流信号的波形标准，这样即可得到输入电流的参考波形(Imo+、Imo-)。对电感电流ichk+、ichk-进行采样，与电流波形给定相比较，形成电流环；同时采样正负BUS电压作为电压环的给定，与预设BUS电压值进行比较后形成电压环；专用集成芯片通过外围的电压环、电流环调节电路后，在内部通过平均电流控制PWM调制，从而合成驱动脉冲，最终作为第一功率开关VT1和第二功率开关VT2的驱动信号。
权利要求
1.一种三电平输出的三相功率因数校正电路，其特征在于，市电输入火线与三相整流桥输入端连接；所述三相整流桥的正输出端与第三功率开关的A极连接；所述第三功率开关的K极与第一电感的一端连接；所述第一电感的另一端分别与第一功率开关的C极和第一二极管的A极连接；所述第一二极管的K极与第一电容的正极连接，作为正输出端；市电零线分别与第一功率开关的E极和所述第一电容的负极连接，所述市电输入的零线从输入一直贯穿到输出；所述三相整流桥的负输出端与第四功率开关的K极连接；所述第四功率开关的A极与第二电感的一端连接；所述第二电感的另一端分别与第二功率开关的E极和第二二极管的K极连接；所述第二二极管的A极与第二电容的负极连接，作为负输出端；所述市电零线分别与所述第二功率开关的C极和第二电容的正极连接。
2.根据权利要求
1所述的三电平输出的三相功率因数校正电路，其特征在于，所述的第三功率开关和第四功率开关为功率晶闸管或功率继电器。
3.根据权利要求
1所述的三电平输出的三相功率因数校正电路，其特征在于，所述的第一和第二功率开关为功率场效应管或绝缘栅双极晶体管。
4.根据权利要求
1所述的三电平输出的三相功率因数校正电路，其特征在于，所述的第一和第二二极管为超快恢复功率二极管。
5.根据权利要求
1所述的三电平输出的三相功率因数校正电路，其特征在于，所述第三功率开关的K极与第五功率开关的K极连接，所述第五功率开关的A极与第一电池组的正极连接，所述第一电池组的负极分别与第一功率开关的E极、第一电容的负极连接，构成正BUS输出的对地端；所述第四功率开关的A极与第六功率开关的A极连接，所述第六功率开关的K极与第二电池组的负极连接，所述第二电池组的正极分别与第二功率开关的C极、第二电容的正极连接，构成负BUS输出的对地端。
6.根据权利要求
5所述的三电平输出的三相功率因数校正电路，其特征在于，所述的第五功率开关和第六功率开关为功率晶闸管或功率继电器。
7.一种三电平输出的三相功率因数校正电路的控制装置，包括信号采样部分、逻辑综合部分、核心控制部分和驱动部分，其特征在于，所述核心控制部分包括功率因数校正专用的集成控制芯片、用以实现系统输出稳压的电压环反馈、用以实现系统高输入功率因数的电流环反馈，以及用以形成双管PWM控制信号的驱动脉冲合成器；所述信号采样部分对第一电感及第二电感的输入端口电压CHK+、CHK-进行采样，一方面作为输入电压前馈环节以提高系统的动态响应过程；另一方面作为电流环的输入电流波形给定；而对电感电流ichk+、ichk-进行采样，与电流波形给定相比较，形成电流环；同时采样正负BUS电压作为电压环的给定，与预设BUS电压值进行比较后形成电压环；专用集成芯片通过外围的电压环、电流环调节电路后，在内部通过平均电流控制PWM调制，从而合成驱动脉冲，最终作为第一功率开关VT1和第二功率开关VT2的驱动信号。
8.根据权利要求
7所述的三电平输出的三相功率因数校正电路的控制装置，其特征在于，所述逻辑综合部分包括用以控制双管同时导通的同步控制信号、用以控制系统输出使能工作的系统开通信号、在过流过压等故障时起到保护作用的系统保护信号；所述同步控制信号作为控制芯片的时钟起始复位信号，用以对第一功率开关和第二功率开关的PWM驱动信号进行同步触发，达到两个功率开关导通动作同步；所述开通信号作为控制芯片的控制使能信号，控制PWM工作开通关断；所述保护信号与PWM驱动信号进行逻辑相与，当出现过流过压故障时，系统屏蔽PWM驱动输出，起到系统的保护作用。
专利摘要
本发明公开了一种三电平输出的三相功率因数校正电路及其控制装置，旨在提供一种适合较大功率场合，体积重量小，复杂程度低，性能指标优的校正电路及控制装置。三电平输出的三相功率因数校正电路，包括三相整流桥VD3，功率开关VT3、VT4、VT5、VT6，升压主管VT1、VT2，升压二极管VD1、VD2，升压电感L1、L2，电解电容C1、C2，两个电池组。三电平输出的三相功率因数校正电路的控制装置，包括信号采样部分、逻辑综合部分、核心控制部分和驱动部分。
文档编号H02M1/14GKCN1540848SQ03113276
公开日2004年10月27日 申请日期2003年4月22日
发明者新 陈, 陈新, 罗勇, 武士越 申请人:深圳市中兴通讯股份有限公司南京分公, 深圳市中兴通讯股份有限公司南京分公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan