[发明专利]没有中性点连接的三相功率因数校正AC‑DC自平衡整流器

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子领域，更具体地涉及从三相交流(AC)输入电压到升压非隔离直流(DC)输出电压的电力转换及其控制。

背景技术

在三相非隔离整流器中，期望生成单个DC输出并且从所有三个相汲取相等的电力，以从AC电源中获得最大的输出且实现最小的损耗。与AC电源的中性点(neutral)的连接是不必要的或不期望的，因为在平衡三相系统中理论上的中性点电流为零，并且在许多情况下，中性点是不可用的，中性点未连线至设备的连接点或者由于电源变压器的三角形连接的次级绕组而不能从主电源变压器获得。除了期望的单个DC输出以外，一些非隔离整流器拓扑还提供中点输出。具有中点输出的拓扑通常使用额定值处于不具有中点输出的那些拓扑的电压的一半的半导体，并且这种性质可以提供效率或成本方面的优势。为了电路的安全稳定操作，要求中点保持在DC输出的准确中点。

在标识为参考文献1至参考文献5的以下参考文献中对三相AC-DC整流器的一些现有技术示例进行了描述。通过交叉引用将这些文献中的每个文献整体并入本公开内容中。

参考文献1：由Kolar等人在INTELEC 1993发表的“A Novel Three-Phase Utility Interface Minimizing Line Current Harmonics of High-Power Telecommunications Rectifier Modules”，其示出实现上述目标的前端整流器，通常称为维也纳(VIENNA)拓扑。但是该整流器使DC输出的中点与AC输入端断开连接，这一特征具有优点和缺点。

由于上述断开连接，VIENNA整流器具有有利的电力转换比率，并且在输出电容器中几乎没有低频纹波电流。然而，该整流器经受高共模电压负担并且需要反馈控制系统来确保中点保持稳定。

参考文献2：由Kolar等人于2014年2月发表在IEEE Transactions on Power Electronics中的“The Essence of Three-Phase PFC Rectifier Systems-Part II”，其参照图3中示出的电路描述了对VIENNA整流器的合适控制。首先通过下述操作使中点“M”稳定：将中点“M”与正输出端和负输出端进行比较并将任何差放大作为“i0*”，并且将输入电流反馈信号“1i”加上“i0*”或者从输入电流反馈信号“1i”中减去“i0*”，以在视在输入电流中创建DC偏移。然后，控制器从校正了不平衡的AC输入端汲取真正的DC电流。

从AC输入端汲取的DC电流不会是连续的，因为大部分AC电源具有非常小的DC容量。三相电源变压器可以被任何DC电流磁化，可能导致其饱和。幸运的是，任何不平衡均被该电路快速校正，因此不用连续地需要DC电流。然而，如果负载要连接在正输出端和中点之间(或者连接在负输出端和中点之间)，那么通过该控制策略将产生对来自AC电源的DC电流的恒定需求。

参考文献3：由Gauger等人发表在INTELEC 1986中的“AThree-Phase Off-Line Switching Power Supply with Unity Power Factor and Low TIF”，其描述了使用以星型配置布置的、具有“电阻性输入特性”的三个转换器。这三个转换器均呈现相同的针对AC电源的“视在电阻”，其稳定了“综合中性点”(星点)并且不需要中性点连接。转换器具有全桥输入并且需要三个隔离DC-DC转换器来实现单个调节输出。

参考文献4：由Baker于2006年7月13日提交的美国专利公开US2008/0013352A1“Active Rectifier System with Power Factor Correction”，其示出了具有在中点附近的平衡输出并且没有用于中点控制的反馈控制系统的整流器，但是其操作需要中性点连接。

参考文献5：由Rokhvarg于1994年7月19日提交的美国专利NO.US5502630“Power Factor Corrected Rectification”，其在图7中示出了产生针对每个输入的电阻性输入特性(输入电流与输入电压成比例)的控制电路和主要电力拓扑。然而，控制电路需要“转向电路22”来创建如图3所示的“平衡装置”。控制电路的细节在图8中示出。