專利名稱：單相可控整流電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種電力電子技術(shù)領(lǐng)域的單相可控整流電路，具體是一種可將220V交流電升壓至385V直流電壓和網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)的電路。
背景技術(shù)：
單相可控整流電路是家用電器和通信電源的 重要組成部分。隨著我國家用電器和通信電源的迅猛發(fā)展，對于單相整流電路的需求越來越旺盛，對單相整流電路的輸入功率因數(shù)和電流諧波抑制要求也越來越高。穩(wěn)定性好，功率因數(shù)高的單相可控整流電路符合滿足清潔能源標準的發(fā)展要求，具有良好的應(yīng)用前景。單相可控整流電路為了完成升壓直流輸出、單位功率因數(shù)和諧波抑制，可以采用帶隔離型的單相可控整流電路方案和非隔離型的單相可控整流電路方案。與帶隔離型的單相可控整流電路方案相比，非隔離型的單相可控整流電路方案具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，電源利用率高，穩(wěn)定可靠的優(yōu)點。經(jīng)過對現(xiàn)有適合高功率因數(shù)升壓變換器技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，“基于DSP的Boost PFC軟開關(guān)變換器研究”(電力電子技術(shù)，2012第2期)中描述的單相可控整流電路的結(jié)構(gòu)缺乏控制的靈活性，功率因數(shù)低，輸入電流諧波大，對電網(wǎng)的諧波污染明顯，不符合清潔能源標準。為此需要采用單相可控整流電路，能實現(xiàn)網(wǎng)側(cè)單位因數(shù)，電源利用率高，無諧波電流污染,而且供電質(zhì)量高。綜上所述，現(xiàn)有的單相不控整流電路應(yīng)該改進成單相可控整流電路和采用單相功率因數(shù)校正器，實現(xiàn)單位輸入功率因數(shù)，降低諧波電流污染，實現(xiàn)電力環(huán)保。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種單相可控整流電路，使其實現(xiàn)升壓直流輸出，單位功率因數(shù)輸出，具有結(jié)構(gòu)簡單、控制簡便、成本低廉等優(yōu)點。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括依次級聯(lián)的整流電路、升壓電路和濾波電路，其中整流電路的輸出端與升壓電路的輸入端相連，升壓電路的輸出端與濾波電路的輸入端相接，濾波電路的兩個端子即單相可控整流電路的輸出端。所述的整流電路為單相不控整流電路第一電容兩端與交流電源輸入端相連。第一二極管陽極與第一節(jié)點A相連，其陰極與第三節(jié)點C相連，第二二極管陽極與第四節(jié)點D相連，其陰極與第一節(jié)點A相連，第三二級管陽極與第二節(jié)點B相連，其陰極與第三節(jié)點C相連，第四二極管陽極與第四節(jié)點D相連，其陰極與第二節(jié)點B相連，第一 第四二極管構(gòu)成單相不控整流電路。所述的升壓電路為單相可控整流電路第一電感兩端分別與第三節(jié)點C和第五節(jié)點E相連。第一 IGBT集電極與輸出正極相連，其發(fā)射極與第五節(jié)點E相連；第二 IGBT集電極與第五節(jié)點E相連，其發(fā)射極與輸出負極相連；第三IGBT集電極與輸出正極相連，其發(fā)射極與第四節(jié)點D相連；第四IGBT集電極與第四節(jié)點D相連，其發(fā)射極與輸出負極相連。所述的濾波電路為電容電路，第一電解電容正極與輸出正極相連，負極與輸出負極相連，第一電阻為穩(wěn)定電阻，其兩端與第一電解電容兩端并聯(lián)。所述的升壓電路中所述的四個IGBT的門極接收PWM脈沖控制信號，并且使得四個IGBT的工作原理為第一 IGBT和第四IGBT組成第一組IGBT，第二 IGBT和第三IGBT組成第二組IGBT。在一個開關(guān)周期中，第一組IGBT導(dǎo)通時第二組IGBT關(guān)斷，第一電感為第一電解電容供電；第一組IGBT關(guān)斷時第二組IGBT開通，第一電感充電，此時第一電解電容在第五節(jié)點E和第四節(jié)點D之間產(chǎn)生負壓，使得第一電 感兩端壓差增大，電感電流變化增大，提高了控制的靈活性。通過控制第一組IGBT和第二組IGBT的占空比，可以實現(xiàn)直流升壓。通過控制直流側(cè)輸入電流和輸出電壓，可以在直流側(cè)完成功率因數(shù)校正。采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明利用單相可控整流電路將交流電壓轉(zhuǎn)換為升高的直流電壓進行處理，提出了單相可控整流電路，電路結(jié)構(gòu)簡單，單位功率因數(shù)，輸出電壓穩(wěn)定性好，能夠滿足清潔能源標準。本發(fā)明具有設(shè)計結(jié)構(gòu)新穎、通用性強、成本低廉等優(yōu)點。


圖I為本發(fā)明的電路原理圖；圖2是由圖I衍生出的相關(guān)電路圖；圖3是對圖2進一步改進的電路具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。如圖I所示，本實施例提出一種可將220V交流電升壓轉(zhuǎn)換為385V直流電壓、網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)的升壓電路，功率等級為3. 5kW，包括依次級聯(lián)的整流電路I、升壓電路2和濾波電路3，整流電路I的輸出端與升壓電路2輸入端相連，升壓電路2的輸出端與濾波電路3的輸入端相連。所述的整流電路I為單相不控整流電路第一電容Cl兩端與交流電源輸入端P1、NI相連。第一二極管Dl陽極與第一節(jié)點A相連，其陰極與第三節(jié)點C相連，第二二極管D2陽極與第四節(jié)點D相連，其陰極與第一節(jié)點A相連，第三二級管D3陽極與第二節(jié)點B相連，其陰極與第三節(jié)點C相連，第四二極管D4陽極與第四節(jié)點D相連，其陰極與第二節(jié)點B相連，第一 第四二極管Dl D4構(gòu)成單相不控整流電路。所述的電容Cl 為 2. 2 ii F/250VAC。所述的二極管Dl D4 為 35A/400V/100°C。所述的升壓電路2為單相可控整流電路第一電感LI兩端分別與第三節(jié)點C和第五節(jié)點E相連。第一 IGBT SI集電極與輸出正極P2相連，其發(fā)射極與第五節(jié)點E相連；第二 IGBT S2集電極與第五節(jié)點E相連，其發(fā)射極與輸出負極N2相連；第三IGBT S3集電極與輸出正極P2相連，其發(fā)射極與第四節(jié)點D相連；第四IGBT S4集電極與第四節(jié)點D相連，其發(fā)射極與輸出負極N2相連。所述的電感LI為ImH。
所述的IGBT SI S4 為功率 IGBT 35A/600V/100°C，開關(guān)頻率為 20kHz。所述的升壓電路2中所述的四個IGBT的門極接收PWM脈沖控制信號，并且使得四個IGBT的工作原理為第一 IGBT和第四IGBT組成第一組IGBT，第二 IGBT和第三IGBT組成第二組IGBT。在一個開關(guān)周期中，第一組IGBT導(dǎo)通時第二組IGBT關(guān)斷，第一電感為第一電解電容供電；第一組IGBT關(guān)斷時第二組IGBT開通，第一電感充電，此時第一電解電容在第五節(jié)點E和第四節(jié)點D之間產(chǎn)生負壓，使得第一電感兩端壓差增大，電感電流變化增大，提高了控制的靈活性。通過控制第一組IGBT和第二組IGBT的占空比，可以實現(xiàn)直流升壓。通過控制直流側(cè)輸入電流和輸出電壓，可以在直流側(cè)完成功率因數(shù)校正。所述的濾波電路3為電容電路，第一電解電容El正極與輸出正極P2相連，負極與輸出負極N2相連，第一電阻Rl為穩(wěn)定電阻，其兩端 與第一解電容El端并聯(lián)。所述的電解電容El為鋁電解電容2200 iiF/400V。所述的電阻Rl為200k Q /2W。本實施例通過以下方式進行工作220V交流電通過整流電路I整流輸出正弦半波直流電壓。升壓電路2中所述的四個IGBT的門極接收PWM脈沖控制信號，并且使得四個IGBT的工作原理為第一 IGBT和第四IGBT組成第一組IGBT，第二 IGBT和第三IGBT組成第二組IGBT。在一個開關(guān)周期中，第一組IGBT導(dǎo)通時第二組IGBT關(guān)斷，第一電感為第一電解電容供電；第一組IGBT關(guān)斷時第二組IGBT開通，第一電感充電，此時第一電解電容在第五節(jié)點E和第四節(jié)點D之間產(chǎn)生負壓，使得第一電感兩端壓差增大，電感電流變化增大，提高了控制的靈活性。通過控制第一組IGBT和第二組IGBT的占空比，可以實現(xiàn)直流升壓。通過電壓外環(huán)控制可以獲得穩(wěn)定的直流輸出電壓，通過電流內(nèi)環(huán)控制可以使網(wǎng)側(cè)獲得正弦波電流，從而實現(xiàn)網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)。本發(fā)明采用單相可控整流電路，將單相交流電壓變換為高壓直流電壓輸出，同時能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計新穎，巧妙地將在交流側(cè)功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)化為在直流側(cè)進行，而且設(shè)計有負壓功能，擴大了功率因數(shù)調(diào)節(jié)范圍，進一步降低了諧波電流含量。實施例2如圖2所示，僅將圖I中第一 IGBT SI和第四IGBT S4分別替換為第一二極管FRDl和第二二極管FRD2，其他結(jié)構(gòu)保持不變。兩個IGBT S2和S3的門極接受PWM脈沖控制信號，并且使得兩個IGBT的工作原理為在一個開關(guān)周期中，第二 IGBT S2和第三IGBT S3同時關(guān)斷時，第一電感LI為第一電解電容El供電，第二 IGBT S2和第三IGBT S3同時導(dǎo)通時第一電感LI充電，此時第一電解電容在第五節(jié)點E和第四節(jié)點D之間產(chǎn)生負壓，使得第一電感兩端壓差增大，電感電流變化增大，提高了控制的靈活性。通過控制第二 IGBT S2與第三IGBT S3的占空比，可以實現(xiàn)直流升壓。通過電壓外環(huán)控制可以獲得穩(wěn)定的直流輸出電壓，通過電流內(nèi)環(huán)控制可以使網(wǎng)側(cè)獲得正弦波電流，從而實現(xiàn)網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)。所述的二極管FRDl FRD2為反向快速恢復(fù)型，35A/600V/100°C。實施例3如圖3所示，對圖2作進一步改進，在圖2中的第五節(jié)點E和第四節(jié)點D之間添加非線性電路，其他結(jié)構(gòu)保持不變。所述非線性電路中，第三二極管FRD3陽極與第五節(jié)點E相連，其陰極與第六節(jié)點F相連。第二電解電容E2陽極與第六節(jié)點F相連，第二穩(wěn)定電阻R2與第二電解電容E2兩端并聯(lián)。并將第六節(jié)點F作為輸出正極P2，將第四節(jié)點D作為輸出負極N2。IGBT S2和S3的門極接受PWM脈沖控制信號，并且使得兩個IGBT的工作原理為在一個開關(guān)周期中，第二 IGBT S2和第三IGBT S3同時關(guān)斷時，第一電感LI為第一電解電容El供電，第二 IGBT S2和第三IGBT S3同時導(dǎo)通時第一電感LI充電，此時第一電解電容在第五節(jié)點E和第四節(jié)點D之間產(chǎn)生負壓，使得第一電感兩端壓差增大，電感電流變化增大，提高了控制的靈活性。通過控制第二 IGBT S2與第三IGBT S3的占空比，可以實現(xiàn)直流升壓。通過電壓外環(huán)控制可以獲得穩(wěn)定的直流輸出電壓，通過電流內(nèi)環(huán)控制可以使網(wǎng)側(cè)獲得正弦波電流。所述的非線性電路和由第一二極管FRD1、第二二極管FRD2、第二 IGBT S2和第三IGBT S3組成的可控整流電路的諧波電流互相抵消，只剩正弦半波基波電流，從而實現(xiàn)網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)。所述的二極管FRD3為反向快速恢復(fù)型，35A/400V/100°C。所述電解電容El為鋁電解電容680 u F/400V 。所述電解電容E2為鋁電解電容2820 U F/400V。所述的電阻R2為200k Q /2W。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應(yīng)當認識到上述的描述不應(yīng)被認為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種單相可控整流電路，包括整流電路、升壓電路和濾波電路，所述整流電路的輸出端與升壓電路的輸入端相連，所述升壓電路的輸出端與濾波電路的輸入端相接，所述濾波電路的兩個端子即單相可控整流電路的輸出端；其特征在于 所述的整流電路為單相不控整流電路第一電容兩端與交流電源輸入端相連，第一二極管陽極與第一節(jié)點A相連，其陰極與第三節(jié)點C相連，第二二極管陽極與第四節(jié)點D相連，其陰極與第一節(jié)點A相連，第三二級管陽極與第二節(jié)點B相連，其陰極與第三節(jié)點C相連，第四二極管陽極與第四節(jié)點D相連，其陰極與第二節(jié)點B相連，第一 第四二極管構(gòu)成單相不控整流電路； 所述的升壓電路為單相可控整流電路第一電感兩端分別與第三節(jié)點C和第五節(jié)點E相連；第一 IGBT集電極與輸出正極相連，其發(fā)射極與第五節(jié)點E相連；第二 IGBT集電極與第五節(jié)點E相連，其發(fā)射極與輸出負極相連；第三IGBT集電極與輸出正極相連，其發(fā)射極與第四節(jié)點D相連；第四IGBT集電極與第四節(jié)點D相連，其發(fā)射極與輸出負極相連，第一 第四二極管構(gòu)成單相可控整流電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單相可控整流電路，其特征是，所述的四個IGBT的門極接收PWM脈沖控制信號，并且使得四個IGBT的工作原理為第一 IGBT和第四IGBT組成第一組IGBT，第二 IGBT和第三IGBT組成第二組IGBT ;在一個開關(guān)周期中，第一組IGBT導(dǎo)通時第二組IGBT關(guān)斷，第一電感為第一電解電容供電；第一組IGBT關(guān)斷時第二組IGBT開通，第一電感充電，此時第一電解電容在第五節(jié)點E和第四節(jié)點D之間產(chǎn)生負壓，使得第一電感兩端壓差增大，電感電流變化增大；通過控制第一組IGBT和第二組IGBT的占空比，可以實現(xiàn)直流升壓；通過控制直流側(cè)輸入電流和輸出電壓，可以在直流側(cè)完成功率因數(shù)校正。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單相可控整流電路，其特征是，所述的第一IGBT和第四IGBT分別替換為第一二極管和第二二極管，其他結(jié)構(gòu)保持不變。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的單相可控整流電路，其特征是，所述的第二IGBT和第三IGBT的門極接受PWM脈沖控制信號，并且在一個開關(guān)周期中，第二 IGBT和第三IGBT同時關(guān)斷時，第一電感為第一電解電容供電，第二 IGBT和第三IGBT同時導(dǎo)通時第一電感充電，此時第一電解電容在第五節(jié)點E和第四節(jié)點D之間產(chǎn)生負壓，使得第一電感兩端壓差增大，電感電流變化增大；通過控制第二 IGBT與第三IGBT的占空比，可以實現(xiàn)直流升壓；通過電壓外環(huán)控制可以獲得穩(wěn)定的直流輸出電壓，通過電流內(nèi)環(huán)控制可以使網(wǎng)側(cè)獲得正弦波電流，從而實現(xiàn)網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單相可控整流電路，其特征是，所述第五節(jié)點E和第四節(jié)點D之間設(shè)有非線性電路，其他結(jié)構(gòu)保持不變；所述非線性電路中，第三二極管陽極與第五節(jié)點E相連，其陰極與第六節(jié)點F相連；第二電解電容陽極與第六節(jié)點F相連，第二穩(wěn)定電阻R2與第二電解電容E2兩端并聯(lián)，并將第六節(jié)點F作為輸出正極P2，將第四節(jié)點D作為輸出負極N2。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的單相可控整流電路，其特征是，所述第二IGBT和第三IGBT的門極接受PWM脈沖控制信號，并且在一個開關(guān)周期中，第二 IGBT和第三IGBT同時關(guān)斷時，第一電感為第一電解電容供電，第二 IGBT和第三IGBT同時導(dǎo)通時第一電感充電，此時第一電解電容在第五節(jié)點E和第四節(jié)點D之間產(chǎn)生負壓，使得第一電感兩端壓差增大，電感電流變化增大；通過控制第二 IGBT與第三IGBT的占空比，可以實現(xiàn)直流升壓；通過電壓外環(huán)控制可以獲得穩(wěn)定的直流輸出電壓，通過電流內(nèi)環(huán)控制可以使網(wǎng)側(cè)獲得正弦波電流；所述的非線性電路和由第一二極管、第二二極管、第二 IGBT和第三IGBT組成的可控整流電路的諧波電流互相抵消，只剩正弦半波基波電流，從而實現(xiàn)網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的單相可控整流電路，其特征是，所述的濾波電路為電容電路，其中第一電解電容正極與輸出正極相連，其負極與輸出負極相連，第一電阻為穩(wěn)定電阻，其兩端與第一電解電容兩端并聯(lián)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種電力電子技術(shù)領(lǐng)域的單相可控整流電路，包括整流電路、升壓電路和濾波電路。整流電路為單相不控整流電路，其輸入端與交流電源相連，輸出端與升壓電路的輸入端相連，升壓電路為單相可控整流電路，其輸出端與濾波電路的輸入端相接，濾波電路為電容電路，其端子為單相可控整流電路的輸出端。本發(fā)明可實現(xiàn)直流升壓和網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)，其特點是在直流側(cè)完成功率因數(shù)校正，電路結(jié)構(gòu)簡單，電源利用率高，成本低廉，適合于單相有源單位功率因數(shù)校正場合，如變頻家電和通信電源。
文檔編號H02M7/217GK102769394SQ201210252000
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月20日
發(fā)明者唐厚君, 楊喜軍, 王男, 陸飛 申請人:上海交通大學(xué)