本實用新型涉及一種單級隔離型三相PFC變換器。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的UPS系統(tǒng)中，電網(wǎng)輸入通過AC-DC整流器與蓄電池相連，之后通過逆變器與靜態(tài)開關(guān)輸出。這樣的系統(tǒng)存在可靠性低、維護和擴容困難、風險大以及轉(zhuǎn)換效率低等缺點。高壓直流電源方案逐漸成為了系統(tǒng)的主流，這現(xiàn)隔離型交流-直流變換。近年來，電動汽車直流充電模塊電源系統(tǒng)發(fā)展迅速，該系統(tǒng)同樣用到隔離型交流-直流變換器，因此隔離型交流輸入直流輸出的整流器成為工業(yè)界研究的熱點。目前絕大部分整流器由兩級系統(tǒng)構(gòu)成，前級為PFC電路，實現(xiàn)單位功率因素電能輸入并調(diào)節(jié)母線電壓，后級為DC-DC電路實現(xiàn)電氣隔離并調(diào)節(jié)控制輸出電壓與電流。

兩級電路結(jié)構(gòu)復雜成本高。一方面元器件數(shù)量多增加了系統(tǒng)的成本并降低了系統(tǒng)的可靠性，另一方面存在兩套控制算法來控制電路級聯(lián)工作，控制復雜且難以滿足系統(tǒng)的動態(tài)性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型要克服現(xiàn)有技術(shù)的上訴缺點，提供一種單級隔離型三相PFC變換器及其控制方法，結(jié)構(gòu)簡單控制方便，保證了電氣隔離的同時實現(xiàn)了輸出的恒壓恒流控制和單位功率因數(shù)輸入。

本實用新型所述的單級隔離型三相PFC變換器，包括輸入端電路和輸出端電路。

所述的輸入端電路由A相輸入電路、B相輸入電路、C相輸入電路、上母線電容C1及下母線電容C2構(gòu)成。

所述的A相輸入電路中，A相輸入電感La的第一端與A相輸電源相連，A相輸入電感La的第二端與A相輸入電容Ca第一端及A相變壓器第一電感La1第一端相連，A相變壓器第一電感La1第二端與A相第一開關(guān)管Sa1的源極、A相第四開關(guān)管Sa4的漏極及A相第三開關(guān)管Sa3 的源極相連，A相第三開關(guān)管Sa3的漏極與A相第二開關(guān)管Sa2的漏極相連，A相第二開關(guān)管Sa2的源極與A相輸入電容Ca1的第二端、上母線電容C1的第二端及下母線電容C2的第一端相連，A相第一開關(guān)管Sa1的漏極與上母線電容C1的第一端相連，A相第四開關(guān)管Sa4的源極與下母線電容C2的第二端相連。

所述的B相輸入電路中，B相輸入電感Lb的第一端與B相輸電源相連，B相輸入電感Lb的第二端與B相輸入電容Cb第一端及B相變壓器第一電感Lb1第一端相連，B相變壓器第一電感Lb1第二端與B相第一開關(guān)管Sb1的源極、B相第四開關(guān)管Sb4的漏極及B相第三開關(guān)管Sb3的源極相連，B相第三開關(guān)管Sb3的漏極與B相第二開關(guān)管Sb2的漏極相連，B相第二開關(guān)管Sb2的源極與A相輸入電容Cb1的第二端、上母線電容C1的第二端及下母線電容C2的第一端相連，B相第一開關(guān)管Sb1的漏極與上母線電容C1的第一端相連，B相第四開關(guān)管Sb4的源極與下母線電容C2的第二端相連。

所述的C相輸入電路中，C相輸入電感Lc的第一端與C相輸電源相連，C相輸入電感Lc的第二端與C相輸入電容Cc第一端及C相變壓器第一電感Lc1第一端相連，C相變壓器第一電感Lc1第二端與C相第一開關(guān)管Sc1的源極、C相第四開關(guān)管Sc4的漏極及C相第三開關(guān)管Sc3的源極相連，C相第三開關(guān)管Sc3的漏極與C相第二開關(guān)管Sc2的漏極相連，C相第二開關(guān)管Sc2的源極與A相輸入電容Cc1的第二端、上母線電容C1的第二端及下母線電容C2的第一端相連，C相第一開關(guān)管Sc1的漏極與上母線電容C1的第一端相連，C相第四開關(guān)管Sc4的源極與下母線電容C2的第二端相連。

所述的輸出端電路由A相輸出電路、B相輸出電路、C相輸出電路、輸出電容Co及下構(gòu)成。

所述的A相輸出電路中，A相變壓器第二電感La2的第一端與A相第一二極管Da1的陽極及A相第二二極管Da2的陰相連，A相變壓器第二電感La2的第二端與A相第二電容Ca2的第二端及A相第三電容Ca3的第一端相連，A相第一二極管Da1的陰極與A相第二電容Ca2的第一端及輸出電容Co的第一端相連，A相第二二極管Da2的陽極與A相第三電容Ca3的第二端及輸出電容Co的第二端相連。

所述的B相輸出電路中，B相變壓器第二電感Lb2的第一端與B相第一二極管Db1的陽極及B相第二二極管Db2的陰相連，B相變壓器第二電感Lb2的第二端與B相第二電容Cb2的第二端及A相第三電容Cb3 的第一端相連，B相第一二極管Db1的陰極與B相第二電容Cb2的第一端及輸出電容Co的第一端相連，B相第二二極管Db2的陽極與B相第三電容Cb3的第二端及輸出電容Co的第二端相連。

所述的C相輸出電路中，C相變壓器第二電感Lc2的第一端與C相第一二極管Dc1的陽極及C相第二二極管Dc2的陰相連，C相變壓器第二電感Lc2的第二端與C相第二電容Cc2的第二端及A相第三電容Cc3的第一端相連，C相第一二極管Dc1的陰極與C相第二電容Cc2的第一端及輸出電容Co的第一端相連，C相第二二極管Dc2的陽極與C相第三電容Cc3的第二端及輸出電容Co的第二端相連。

在A相電壓處于正半周時，A相第一開關(guān)管Sa1與A相第二開關(guān)管Sa2及A相第三開關(guān)管Sa3配合工作，回收A相變壓器漏感能量，并使A相第二開關(guān)管Sa2工作于零電壓開通的軟開關(guān)狀態(tài)。

在A相電壓處于負半周時，A相第四開關(guān)管Sa4與A相第二開關(guān)管Sa2及A相第三開關(guān)管Sa3配合工作，回收A相變壓器漏感能量，并使A相第三開關(guān)管Sa3工作于零電壓開通的軟開關(guān)狀態(tài)。

在B相輸入電路的電壓處于正半周時，B相第一開關(guān)管Sb1與B相第二開關(guān)管Sb2及B相第三開關(guān)管Sb3配合工作，回收B相輸入電路的變壓器漏感能量，并使B相第二開關(guān)管Sb2工作于零電壓開通的軟開關(guān)狀態(tài)；

在B相電壓處于負半周時，B相第四開關(guān)管Sb4與B相第二開關(guān)管Sb2及B相第三開關(guān)管Sb3配合工作，回收B相輸入電路的變壓器漏感能量，并使B相第三開關(guān)管Sb3工作于零電壓開通的軟開關(guān)狀態(tài)；

在C相輸入電路的電壓處于正半周時，C相第一開關(guān)管Sc1與C相第二開關(guān)管Sc2及C相第三開關(guān)管Sc3配合工作，回收C相輸入電路的變壓器漏感能量，并使C相第二開關(guān)管Sc2工作于零電壓開通的軟開關(guān)狀態(tài)；

在C相電壓處于負半周時，C相第四開關(guān)管Sc4與C相第二開關(guān)管Sc2及C相第三開關(guān)管Sc3配合工作，回收C相輸入電路的變壓器漏感能量，并使C相第三開關(guān)管Sc3工作于零電壓開通的軟開關(guān)狀態(tài)；

ABC三相電路同時配合電網(wǎng)電壓采樣實現(xiàn)變換器的單位功率因數(shù)輸入；

上母線電容C1的電壓和下母線電容C2的電壓與輸出電容Co的電壓相關(guān)，動態(tài)調(diào)節(jié)以降低開關(guān)管的損耗。

本實用新型的優(yōu)點是：僅通過單級電路，即可實現(xiàn)電氣隔離、單位功 率因數(shù)輸入、恒壓或恒流或恒功率輸出，一方面減少了系統(tǒng)器件，降低了系統(tǒng)成本并提高了系統(tǒng)的可靠性，另一方面通過簡化電路實現(xiàn)了單級控制，進一步提高了系統(tǒng)的可靠性同時又提高了系統(tǒng)的動態(tài)響應速度。變壓器即工作于正激工作狀態(tài)又工作于反激工作狀態(tài)，提高了磁性元件的利用率。母線電容電壓與輸出電容電壓相關(guān)，動態(tài)調(diào)節(jié)可以降低電路的開關(guān)損耗。通過控制開關(guān)管的開關(guān)時序使第二開關(guān)管與第三開關(guān)管工作于零電壓開通的軟開關(guān)狀態(tài)，降低了開關(guān)損耗。

附圖說明

圖1是本實用新型單級隔離型三相PFC變換器的輸入端電路圖；

圖2是本實用新型的輸出端電路圖。

具體實施方式

參見圖1、2，本實用新型的單級隔離型三相PFC變換器，包括：

所述的單級隔離型三相PFC變換器分為輸入端電路和輸出端電路兩部分。

所述的輸入端電路由A相輸入電路、B相輸入電路、C相輸入電路、上母線電容C1及下母線電容C2構(gòu)成。

所述的A相輸入電路中，A相輸入電感La的第一端與A相輸電源相連，A相輸入電感La的第二端與A相輸入電容Ca第一端及A相變壓器第一電感La1第一端相連，A相變壓器第一電感La1第二端與A相第一開關(guān)管Sa1的源極、A相第四開關(guān)管Sa4的漏極及A相第三開關(guān)管Sa3的源極相連，A相第三開關(guān)管Sa3的漏極與A相第二開關(guān)管Sa2的漏極相連，A相第二開關(guān)管Sa2的源極與A相輸入電容Ca1的第二端、上母線電容C1的第二端及下母線電容C2的第一端相連，A相第一開關(guān)管Sa1的漏極與上母線電容C1的第一端相連，A相第四開關(guān)管Sa4的源極與下母線電容C2的第二端相連。

所述的B相輸入電路中，B相輸入電感Lb的第一端與B相輸電源相連，B相輸入電感Lb的第二端與B相輸入電容Cb第一端及B相變壓器第一電感Lb1第一端相連，B相變壓器第一電感Lb1第二端與B相第一開關(guān)管Sb1的源極、B相第四開關(guān)管Sb4的漏極及B相第三開關(guān)管Sb3的源極相連，B相第三開關(guān)管Sb3的漏極與B相第二開關(guān)管Sb2的漏極相連，B相第二開關(guān)管Sb2的源極與A相輸入電容Cb1的第二端、上母線電 容C1的第二端及下母線電容C2的第一端相連，B相第一開關(guān)管Sb1的漏極與上母線電容C1的第一端相連，B相第四開關(guān)管Sb4的源極與下母線電容C2的第二端相連。

所述的C相輸入電路中，C相輸入電感Lc的第一端與C相輸電源相連，C相輸入電感Lc的第二端與C相輸入電容Cc第一端及C相變壓器第一電感Lc1第一端相連，C相變壓器第一電感Lc1第二端與C相第一開關(guān)管Sc1的源極、C相第四開關(guān)管Sc4的漏極及C相第三開關(guān)管Sc3的源極相連，C相第三開關(guān)管Sc3的漏極與C相第二開關(guān)管Sc2的漏極相連，C相第二開關(guān)管Sc2的源極與A相輸入電容Cc1的第二端、上母線電容C1的第二端及下母線電容C2的第一端相連，C相第一開關(guān)管Sc1的漏極與上母線電容C1的第一端相連，C相第四開關(guān)管Sc4的源極與下母線電容C2的第二端相連。

所述的輸出端電路由A相輸出電路、B相輸出電路、C相輸出電路、輸出電容Co及下構(gòu)成。

所述的A相輸出電路1中，A相變壓器第二電感La2的第一端與A相第一二極管Da1的陽極及A相第二二極管Da2的陰相連，A相變壓器第二電感La2的第二端與A相第二電容Ca2的第二端及A相第三電容Ca3的第一端相連，A相第一二極管Da1的陰極與A相第二電容Ca2的第一端及輸出電容Co的第一端相連，A相第二二極管Da2的陽極與A相第三電容Ca3的第二端及輸出電容Co的第二端相連。

所述的B相輸出電路2中，B相變壓器第二電感Lb2的第一端與B相第一二極管Db1的陽極及B相第二二極管Db2的陰相連，B相變壓器第二電感Lb2的第二端與B相第二電容Cb2的第二端及A相第三電容Cb3的第一端相連，B相第一二極管Db1的陰極與B相第二電容Cb2的第一端及輸出電容Co的第一端相連，B相第二二極管Db2的陽極與B相第三電容Cb3的第二端及輸出電容Co的第二端相連。

所述的C相輸出電路3中，C相變壓器第二電感Lc2的第一端與C相第一二極管Dc1的陽極及C相第二二極管Dc2的陰相連，C相變壓器第二電感Lc2的第二端與C相第二電容Cc2的第二端及A相第三電容Cc3的第一端相連，C相第一二極管Dc1的陰極與C相第二電容Cc2的第一端及輸出電容Co的第一端相連，C相第二二極管Dc2的陽極與C相第三電容Cc3的第二端及輸出電容Co的第二端相連。

在A相輸入電路的電壓處于正半周時，A相第一開關(guān)管Sa1與A相第 二開關(guān)管Sa2及A相第三開關(guān)管Sa3配合工作，回收A相變壓器漏感能量，并使A相第二開關(guān)管Sa2工作于零電壓開通的軟開關(guān)狀態(tài)。

在A相電壓處于負半周時，A相第四開關(guān)管Sa4與A相第二開關(guān)管Sa2及A相第三開關(guān)管Sa3配合工作，回收A相變壓器漏感能量，并使A相第三開關(guān)管Sa3工作于零電壓開通的軟開關(guān)狀態(tài)。

在B相輸入電路的電壓處于正半周時，B相第一開關(guān)管Sb1與B相第二開關(guān)管Sb2及B相第三開關(guān)管Sb3配合工作，回收B相輸入電路的變壓器漏感能量，并使B相第二開關(guān)管Sb2工作于零電壓開通的軟開關(guān)狀態(tài)；

在B相電壓處于負半周時，B相第四開關(guān)管Sb4與B相第二開關(guān)管Sb2及B相第三開關(guān)管Sb3配合工作，回收B相輸入電路的變壓器漏感能量，并使B相第三開關(guān)管Sb3工作于零電壓開通的軟開關(guān)狀態(tài)；

在C相輸入電路的電壓處于正半周時，C相第一開關(guān)管Sc1與C相第二開關(guān)管Sc2及C相第三開關(guān)管Sc3配合工作，回收C相輸入電路的變壓器漏感能量，并使C相第二開關(guān)管Sc2工作于零電壓開通的軟開關(guān)狀態(tài)；

在C相電壓處于負半周時，C相第四開關(guān)管Sc4與C相第二開關(guān)管Sc2及C相第三開關(guān)管Sc3配合工作，回收C相輸入電路的變壓器漏感能量，并使C相第三開關(guān)管Sc3工作于零電壓開通的軟開關(guān)狀態(tài)；

ABC三相電路同時配合電網(wǎng)電壓采樣實現(xiàn)變換器的單位功率因數(shù)輸入；

上母線電容C1的電壓和下母線電容C2的電壓與輸出電容Co的電壓相關(guān)，動態(tài)調(diào)節(jié)以降低開關(guān)管的損耗。

下面，以A相電路在A相輸入電壓的正半周期為例闡述電路的工作情況。在此工作狀態(tài)下，A相第三開關(guān)管Sa3保持一直開通狀態(tài)，A相第四開關(guān)管Sa4保持關(guān)斷狀態(tài)。

工作狀態(tài)1：電路處于A相第一開關(guān)管Sa1關(guān)斷，第二開關(guān)管Sa2導通的穩(wěn)定工作狀態(tài)。此時一方面向A相變壓器的勵磁電感充電，另一方面電能通過A相變壓器的第二電感La2、和A相第二二級管Da2向A相第三電容Ca3充電，同時能量向輸出端傳遞。向A相第三電容充電過程可能結(jié)束也可能一直持續(xù)，與電路參數(shù)及開關(guān)周期相關(guān)。如果充電過程結(jié)束可使二極管電流自然過零，無反向恢復。

工作狀態(tài)2：在某一時刻關(guān)斷A相第二開關(guān)管Sa2，A相變壓器的漏感能量通過A相第一開關(guān)管Sa1向上母線電容C1傳遞，之后A相變壓器 的勵磁電感能量向輸出電路轉(zhuǎn)移，通過A相變壓器的第二電感La2、A相第一二極管Da1向A相第二電容Ca2轉(zhuǎn)移，與此同時能量向輸出端傳遞。此過程持續(xù)至勵磁電流下降到零，使電路的二極管電流自然過零，無反向恢復。

工作狀態(tài)3：在某一時刻，A相第二開關(guān)管Sa2開通前，先使A相第一開關(guān)管Sa1導通，能量從上母線電容C1向輸出端電路轉(zhuǎn)移，當漏感電流足夠大時關(guān)閉A相第一開關(guān)管Sa1，則漏感能量使A相第二開關(guān)管Sa2的體二極管導通，之后開通A相第二開關(guān)管Sa2，使其處于零電壓開通的軟開關(guān)狀態(tài)。

之后電路回到工作狀態(tài)1。

在A相輸入電壓為負壓時，A相第一開關(guān)管Sa1保持關(guān)斷，A相第二開關(guān)管Sa2保持開通。A相第三開關(guān)管Sa3與第四開關(guān)管Sa4配合開通關(guān)斷，使能量向輸出端電路傳遞，之前A相輸入電壓為正時類似。

ABC三相電路可以分成三相單獨控制，也可以采用三相統(tǒng)一控制方式，通過調(diào)節(jié)占空比實現(xiàn)單位功能因數(shù)輸入和穩(wěn)定輸出功能。

本說明書實施例所述的內(nèi)容僅僅是對實用新型構(gòu)思的實現(xiàn)形式的列舉，本實用新型的保護范圍不應當被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本實用新型的保護范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實用新型構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。