K隔离型变换器。
[0025] 如附录图2所示，根据一个工频周期三相交流电源A相、B相和C相电压的幅值和 正负分成12个模态，每个模态所有开关管的开关动作一致。每个模态变换器的工作原理分 析方法类似，下面以第5个模态为例分析本发明实施例的工作原理。如附录图2所示，在第 5个模态，A相电压u a> 0, B相电压u b> 0, C相电压u。< 0, A相、B相和C相电压的幅值 关系是 |u」> IuaI > IubI。
[0026] 输入电感电流用Iu」（i = 1，2, 3)表示，原边电容电压用VcuQ = 1，2, 3)表示， 高频变压器原边电压用Vp i (i = 1，2, 3)，高频变压器副边电压用Vs」（i = 1，2, 3)表示，副 边电容电压用LjQ = 1,2, 3)表示，gij边电感电流用IniQ = 1,2, 3)表示，gij边二极管 电流用ID3_i(i = 1，2, 3)表示。所有电压电流变量的参考方向如附录图1所示。
[0027] 六个开关管同时导通，本发明实施例变换器工作原理图如附录图3所示输入电压 通过开关管给输入电感充电。原边电容C 1」(i = 1，2, 3)通过开关管Sl iQ = 1，2, 3)和 S2」(i = 1，2, 3)，再经过高频变压器Ti (i = 1，2, 3)原边非同名端给励磁电感充电，所以高 频变压器Ti (i = 1，2, 3)的原边电压Vp i (i = 1，2, 3)为负值，感应到高频变压器Ti (i = 1，2, 3)的副边电压Vs」（i = 1，2, 3)大于零，副边二极管D3」（i = 1，2, 3)承受反向电压而 截止，副边二极管电流ID3_i(i= 1，2, 3)为零，副边电容通过副边电感电流I1^iQ= 1，2, 3) 给负载供电。
[0028] 六个开关管同时关断后，副边二极管电流ID3」(i = 1，2, 3)都不等于零时，本发明 实施例变换器工作原理图如附录图4所示。在高频变压器的原边，输入电感L1」和L 12的电 流Iu」（i = 1，2)通过原边二极管DLi (i = 1，2)、原边电容C1J(i = 1，2)、高频变压器Ti (i =1，2)的原边同名端和开关管S2」（i = 1，2)续流二极管顺序流入开关管的S1 3的续流二 极管、原边电容C1 3、高频变压器T3的原边同名端和原边二极管D2 3回到输入电感L1 3和C相 电压。因此输入电感电流Iu」和I u 2之和等于I u 3，输入电感L1」和L i 2由于承受正电压， 所以其电流为Iu」和I u_2正值，即与参考方向一致，输入电感L13由于承受负电压，所以其 电流为I u_3负值，即与参考方向相反。在高频变压器的副边，高频变压器的副边电压V S i (i =1,2,3)大于零，gij边二极管D3」（i = 1,2,3)承受正向电压而截止，gij边二极管电流ID3_ i(i = 1，2, 3)不为零，但是由于A相、B相和C相电压的幅值关系是IucJ > |ua| > |ub|，因 此和I D3_3是依次减少到零的，最后三者同时为零。对应的工作原理如附录图5、6 和7所示。I d3 2、Id3」和ID3 3为零之后，重新开始在模态5内下一个开关周期的工作过程。
[0029] 下面对本发明实施进行仿真验证。每个模块的输出功率是200W，总的输出功率为 600W。设计参数如下：
[0030] 输出功率：p。= 200W*3
[0031] 输入电压：220V/50Hz
[0032] 效率：n = 95%
[0033] 功率因数：PF = 0? 99
[0034] 总谐波含量：THD彡5%
[0035] 输出电压：400V
[0036] 根据以上参数设计主电路和控制电路，对本发明实施例进行了仿真。仿真结果如 附录图8、9、10和11所示。由于输入电感分别与三相电源串联，因此输入电感电流也就是 三相电源的输入电流，如附录图8所示，输入电感电流I U1、Iu 2和I 13的波形成正弦规 律变化，且在仿真软件中测量输入电感电流IU1、Iu 2和I U 3的总谐波含量THD值分别为 2. 947%、2. 950%和2. 947%，均远小于国内标准规定10%。输出电压稳在400V。如附录图 9所示，无桥CUK隔离型变换器（3)上开关管实现零电流开通，下开关管实现零电压开通。 图9中电流放大150倍。附录图10给出了每一相电压和对应的输入电感电流的波形，输入 电感L 1」的电流I u jP A相电压u a、输入电感L1 2的电流I u jP B相电压和输入电感L 13 的电流Iu_3和C相电压功率因数均为0. 999。附录图11是截取仿真结果中模态5的两个 半开关周期，A相电压ua> 0, B相电压u b> 0, C相电压u。<0, A相、B相和C相电压的幅 值关系是|uj > |ua| > |ub|，从附录图11中可以看到Id3j^Id3U和Id3j3是依次减少到零， 最后三者同时为零。所有仿真结果都充分验证了本发明在只有一个电压环控制下，可实现 功率因数校正。
【主权项】
1. 一种基于无桥CUK隔离型三相功率因数校正变换器，其特征在于包括星形连接的三 相交流电源（4)、三个结构一样的无桥CUK隔离型变换器（1、2和3 )、输出滤波电容（Cwt) 和负载（RlMd)，三个所述无桥CUK隔离型变换器（1、2和3)的输入端分别各自与三相交流电 源（4 )的A相、B相、C相电压连接，三个所述无桥CUK隔离型变换器（1、2和3 )通过互连端 相互连接；三个所述无桥CUK隔离型变换器（1、2和3)的输出端接输出滤波电容（Crat)的两 端，输出滤波电容（Crat)的两端接负载（RlMd)。2. 根据权利要求1所述的一种基于无桥CUK隔离型三相功率因数校正变换器，其特征 在于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、 原边二极管和原边二极管、开关管Si_4P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 电感的另一端接原边二极管的阳极和原边二极管的阴极，原边二极管的另一端与开关管源 极和原边电容的一端连接；开关管的漏极与开关管的源极连接，并在连接点处引出一端作 为互联端；原边电容的另一端与高频变压器的原边同名端连接；原边二极管的阳极与开关 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（Crat)和负载（RlMd)正极端相连接；高频变压 器K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。3. 根据权利要求1所述的一种基于无桥CUK隔离型三相功率因数校正变换器，其特征 在于三个无桥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。4. 根据权利要求1所述的一种基于无桥CUK隔离型三相功率因数校正变换器，其特征 在于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。5. 根据权利要求2所述的一种基于无桥CUK隔离型三相功率因数校正变换器，其特征 在于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。6. 根据权利要求2所述的一种基于无桥CUK隔离型三相功率因数校正变换器，其特征 在于所有开关管为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。
【专利摘要】本发明提供一种基于无桥CUK隔离型三相功率因数校正变换器。本发明的变换器包括星形连接的三相交流电源、三个无桥CUK隔离型变换器、输出滤波电容和负载，三个无桥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接输出滤波电容的两端，输出滤波电容的两端接负载。本发明具有升降压输出、实现功率因数校正的功能和输入与输出隔离，消除相与相耦合造成的环流。本发明电路参数设计简单，易于控制。
【IPC分类】H02M1/42
【公开号】CN104967304
【申请号】CN201510107640
【发明人】周丽萍, 丘东元, 张祥, 张波, 肖文勋
【申请人】华南理工大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年3月12日