几种常用的三相高功率因数整流电路
几种常用的三相高功率因数整流电路

三相高功率因数整流电路目前已得到广泛应用。三相整流电路分升压型和降压型,但目前大量使用的还是升压型。这里介绍几种常用的升压型整流电路。
1、三角形连接的模块化三相整流电路
三角形连接的模块化三相整流电路直接采用三个单相高功率因数整流电路组合而成,因此技术实现上比较简单。如果采用图1所示的三角形连接,且在PWM控制电路前级采用三相相控整流电路,就会使得该电路在三相交流电源缺相时也能满功率正常运行,这是另一个较大的优点。需注意模块化三相整流电路由于采用模块化结构,会产生三路独立的直流输出电压,因此三个模块的输出不能简单并联,而是要通过三个隔离型DC/DC路后再并联给负载供电。

图1 三角形联结的模块化三相高功率因数整流电路
2、六开关升压型整流电路
图2为六开关升压型整流电路,是三相两电平变流电路,该电路不但可以实现高功率因数整流,也能实现高功率逆变,因此能实现能量的双向流动。电路并不需要直流侧的中点,因此不会有输出直流滤波电容电压均衡的问题,电路的控制较简单。但该电路中全控开关的电压应力较大,需要采用1200V的器件;另外由于交流端电压谐波含量高,滤波电感的体积也较大。

图2 三相六开关双向PWM整流电路
3、维也纳(VIENNA)整流电路
Johann W. Kolar教授发明了维也纳整流电路,该电路在通信电源中得到大量应用。 Kolar教授也因此获得IEEE的NEWELL电力电子奖。
维也纳整流电路为三相三电平变流电路。由于电路中采用二极管实现正负电平输出,因此电路只能实现交流到直流方向的能量传输。但同时也因为用二极管实现三相桥臂,所以避免了桥臂直通,且用较低成本实现了三电平。全控管用于中点钳位,其电压应力较低。同时因为是三电平电路,输入滤波电感的体积较小。
维也纳整流电路用较低的器件成本实现了高性能的三相整流。
但需注意的是每个桥臂是哪个二极管取决于相电流的方向,并不完全取决于开关控制信号,因此输入相电流存在过零点畸变问题,需要适当降低功率因数来改善。同时需要在控制策略中控制输出直流滤波电容中点的电位波动。这使得维也纳整流电路的控制比三相六开关电路复杂。

图3 维也纳(VIENNA)整流电路
除上述这几种电路,还有一些三相升压型整流电路也得到应用。比如将维也纳整流电路中的桥臂换成六只全控开关,就是T型三电平电路,T型电路可以实现能量双向流动。此外,在大功率应用中,可采用有源中点钳位型三电平电路。
亿万28科技的三相输入可编程开关电源,如IPX-T系列,使用了上述高性能整流电路,因此具有较高的功率因数和变换效率。
参考文献
[1] Johann W. Kolar, and Thomas Friedli, The Essence of Three-Phase PFC Rectifier Systems—Part I, IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL. 28, NO. 1, 2013

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