三相單開關(guān)DCM Boost整流器

　　占空比一定的單相Boost PFC轉(zhuǎn)換器，可以工作于DCM模式，同樣，有輸人電感的Buck－Boost、SEPIC、Cuk轉(zhuǎn)換器，以及反激式PFC轉(zhuǎn)換器，也可以工作于DCM模式。其輸人電流的峰值與輸入電壓成正比。圖1所示的三相單開關(guān)DCM Boost整流器的原理和單相Boost PFC轉(zhuǎn)換器相同。三相交流電源的每一相都通過(guò)一個(gè)Boost電感與不控整流橋相連，并輸出給單相Boost開關(guān)電路。這種電路的優(yōu)點(diǎn)是：只用一個(gè)開關(guān)，輸人電流的峰值與輸人相電壓近似呈線性關(guān)系，功率因數(shù)高。只需要采用簡(jiǎn)單的恒頻PWM控制器進(jìn)行控制，就可以實(shí)現(xiàn)電壓的閉環(huán)控制，成本低，但是輸人電流是不連續(xù)的。

　　圖1 三相DCM單開關(guān)Boost整流器及PWM閉環(huán)控制

　　三相單開關(guān)DOM Boost整流器的工作原理如下：假設(shè)開關(guān)頻率和占空比是一定的，則開關(guān)S導(dǎo)通前電感電流為零；在開關(guān)S導(dǎo)通后，整流橋通過(guò)開關(guān)S短路，各相輸入電感承受的電壓就是交流輸人的相電壓。電感中的電流從零上升、上升的速率及輸入電流的峰值與相應(yīng)的相電壓成正比。在S關(guān)斷后，輸人電流將被迫流過(guò)Boost二極管向負(fù)載輸出能量；與此同時(shí)，輸入端的電感也向負(fù)載釋放所儲(chǔ)的能量。某相輸入電感上的電壓uL等于

　　式中 u——該相輸人相電壓的瞬時(shí)值；
　Uo——直流輸出電壓。

　　當(dāng)電感電流下降到零時(shí)，相應(yīng)的整流橋上的二極管自然關(guān)斷，使該相的電流保持為零。uL越大亦即u。越大，電感電流下降到零的時(shí)間越短。由于S關(guān)斷后，電感有一個(gè)釋放儲(chǔ)能的階段，使一個(gè)周期的平均相電流和相應(yīng)的相電壓瞬時(shí)值不成正比，因而輸人電流的波形會(huì)發(fā)生畸變，使輸入電流的諧波分量增大，電流的THD加大。實(shí)驗(yàn)和理論分析證明，這個(gè)電路的輸入電流的THD與升壓轉(zhuǎn)換比M有關(guān)。

　　輸入相電壓 u=Umsinwt

　　式中 Um——輸人相電壓的幅值。

　　　　升壓轉(zhuǎn)換比

　　M越大，THD越小，THD在5％～15％范圍內(nèi)時(shí)，就可以滿足lEC－1000－3－2的要求。但是M增大時(shí)輸出電壓U。也增大，使后級(jí)轉(zhuǎn)換器開關(guān)器件的電壓應(yīng)力也相應(yīng)提高。

　　為了減小輸人電流的THD，1996年QHHuang提出將諧波注入法（HarmONic InjectionApproach）應(yīng)用于三相DCM單開關(guān)Boost整流器，以提高它的輸人功率因數(shù)。主要原理是采樣輸人電流的6次諧波，與負(fù)反饋電壓誤差信號(hào)一起共同注人到PWM環(huán)節(jié)從而調(diào)節(jié)開關(guān)占空比Du(t)。

　　式中 Du——穩(wěn)態(tài)占空比；
　　m——調(diào)制比，0＜m＜1。

　　諧波注人法能使輸人電流諧波中占主導(dǎo)地位的5次諧波大大減小。對(duì)一臺(tái)輸出800V，8kW（每相輸人220V）的三相單開關(guān)DCM Boost整流器的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，PWM環(huán)節(jié)注人輸入電流的6次諧波后，可以使THD＜10％，升壓比M＝1.45。這一方法的優(yōu)點(diǎn)是：簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)，成本低，可以顯著減少輸入電流的諧波和THD。

　　此外，也可以采用交錯(cuò)并聯(lián)（interleaving）的方法來(lái)減少輸人電流的高次諧波如圖2所示。兩臺(tái)三相DOM單開關(guān)Boost整流器，輸入端并聯(lián)于市電電網(wǎng)，輸出端并聯(lián)接入濾波電容及負(fù)載，使兩臺(tái)整流器的開關(guān)S1和S2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相位相差180°，就可以實(shí)現(xiàn)交錯(cuò)并聯(lián)。

　　三相單開關(guān)DCM Boost整流器加人ZCT開關(guān)輔助電路，由諧振環(huán)節(jié)LrCr、輔助開關(guān)Va和二極管Dr組成，就可以實(shí)現(xiàn)三相單開關(guān)DCM Boost ZCT整流器如圖3所示。

　　三相Boost整流器除了單開關(guān)電路外，還有雙開關(guān)、三開關(guān)或四開關(guān)電路。

　　圖2 兩臺(tái)三相DCM單開關(guān)Boost整流器交錯(cuò)并聯(lián)

　　圖3 三相單開關(guān)DCM Boost ZCF整流器