用于vienna整流器的限流控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及高功率因數(shù)變頻器領域，旨在提供一種用于VIENNA整流器的限流控制方法。該方法包括：通過采樣獲得直流電壓偏移和相電流瞬時值；根據(jù)中點電壓偏移量計算電流上下限值；若相電流瞬時值大于電流上限值或小于電流下限值，則相開關管的占空比設置為0；若相電流瞬時值小于電流上限值且大于電流下限值，則相開關管的占空比保持不變，并作為用于實際控制的占空比信號。本發(fā)明可以降低開關管的電流應力，采用電流等級較小的開關管；并且在電流較大時，減少了開關次數(shù)，降低開關損耗。因此本發(fā)明可以降低Vienna整流器的成本，提高Vienna整流器的效率。本發(fā)明也可以用于Vienna整流器的過載運行，增強Vienna整流器的整體過載能力。
【專利說明】用于VIENNA整流器的限流控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及高功率因數(shù)變頻器領域，特別涉及三相三線Vienna整流器電路的占空比切換控制方法。
【背景技術】
[0002]隨著電力電子技術的迅猛發(fā)展，非線性元件對電網(wǎng)注入了大量的諧波。嚴重的諧波畸變可能導致用電設備的故障，為了解決這一問題，功率因數(shù)校正電路被越來越多的應用到電力電子設備中。
[0003]Vienna拓撲是一種優(yōu)秀的三相功率因數(shù)校正整流器，相對于全橋拓撲，在成本、效率和功率密度上都具有明顯優(yōu)勢。VIENNA拓撲的常規(guī)控制方法已經(jīng)較為成熟，在通訊電源、UPS等領域獲得良好的應用。
[0004]Vi enna拓撲可以獲得完美的電流波形，但是基于Vi enna拓撲的功率因數(shù)校正電路的成本仍然較高，尤其在工業(yè)應用領域，如變頻器等，對功率因數(shù)校正的要求相對較低，因此低成本的功率因數(shù)校正技術在工業(yè)應用中有廣泛應用前景。
[0005]Vienna拓撲的一個重要特點是，電源的功率通過二極管傳遞到負載，不通過功率開關器件，因此就有可能對功率開關管進行選擇性控制，從而在犧牲部分性能的前提下降低功率因數(shù)校正電路的成本。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明旨在開發(fā)低成本的三相功率因數(shù)校正電路，提出一種用于VIENNA整流器的限流控制方法。
[0007]為解決技術問題，本發(fā)明的解決方案是:
[0008]提供一種用于VIENNA整流器的限流控制方法，包括以下步驟:
[0009](I)通過采樣獲得直流電壓偏移和相電流瞬時值；
[0010](2)根據(jù)中點電壓偏移量計算電流上下限值:
[0011]當中點電壓偏移為正即Vde2 — Vdcl > 0時，電流上限值Iuplim = Ilim —kbX (Vdc2-Vdcl)，電流下限值Idtwnlim=Ilim ;當中點電壓偏移為負即Vde2 — Vdcl < 0時，電流上限值 IupIim — Ilimj Idownlim — Ilim — X (Vdc2-Vdcl)；
[0012]式中，所述中點電壓偏移指整流器直流側下端電容電壓與上端電容電壓之差，Vdc2為下端電容電壓，Vdcl為上端電容電壓；kb為用于中點電壓平衡的平衡因子，根據(jù)控制速度的要求確定；Ilim為電流限值的基值，根據(jù)開關管的電流容量來設置，該基值小于開關管的額定電流幅值；
[0013](3)若相電流瞬時值大于電流上限值Iuplim或小于電流下限值Idtwnlim，則相開關管的占空比設置為0 ;若相電流瞬時值小于電流上限值Iuplim且大于電流下限值Idwnlim,則相開關管的占空比保持不變，并作為用于實際控制的占空比信號。
[0014]本發(fā)明中，所述相開關管的占空比采用脈寬計算的方式獲得。[0015]本發(fā)明中，所述脈寬計算采用最少開關次數(shù)的空間矢量調制方式，或注入零序分量的正弦波調制方法。
[0016]本發(fā)明中，所述的電流上限值Iuplim和電流下限值Id_lim根據(jù)直流中點電壓的偏移調整；當直流中點電壓偏移為正時，設定電流上限值Iuplim小于電流下限值Idmtnlim;當直流中點電壓偏移為負時，設定電流上限值Iuplim大于電流下限值IdOTnlim。
[0017]本發(fā)明中，所述電流上限值Iuplim和電流下限值Idmtnlim的絕對值均小于開關管的額定電流幅值。
[0018]相對于現(xiàn)有技術而言，本發(fā)明的有益效果在于:
[0019]1、采用本發(fā)明中的方法，可以使整流器的開關管電流值限制在設定值，降低開關管的電流應力，可以采用電流等級較小的開關管；并且在電流較大時，減少了開關次數(shù)，降低開關損耗。因此本發(fā)明可以降低Vienna整流器的成本，提高Vienna整流器的效率。
[0020]2、本發(fā)明也可以用于Vienna整流器的過載運行，由于二極管的過載能力較開關管強，本方案可實現(xiàn)僅限制開關管的電流而不限制二極管的電流，從而增強Vienna整流器的整體過載能力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的原理圖；
[0022]圖2為VIENNA整流器電路；
[0023]圖3為VIENNA整流器變形電路；
[0024]圖4為最小開關次數(shù)矢量調制的占空比示意圖；
[0025]圖5為脈寬切換流程圖；
[0026]圖6為采用傳統(tǒng)的最小開關次數(shù)矢量調制方法的開關管電流波形和電網(wǎng)電流波形；
[0027]圖7為采用本方案的開關管電流波形和電網(wǎng)電流波形。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖對本發(fā)明進一步的說明。
[0029]圖1所示本發(fā)明實施方式的示意圖，從主控制器輸出的控制信號經(jīng)過最小開關次數(shù)的空間矢量調制，得到三相開關管的占空比信號(da、db、d。)。再根據(jù)相電流和直流中點電壓的偏移對占空比進行切換，獲得新的占空比信號(Da，Db，D。)，用于控制各相的開關管。
[0030]由于三相處理方式相同，以下分析以A相為例。
[0031]通過最小開關次數(shù)空間矢量調制獲得的A相占空比如圖4中上圖所示，占空比在不同調制比下的波形會有所不同，圖4只列出其中一種。圖4的下圖為對應的A相電網(wǎng)電壓和A相電網(wǎng)電流。
[0032]開關管占空比的切換過程如圖5。
[0033]首先通過采樣獲得直流電壓偏移和相電流瞬時值；
[0034]然后，根據(jù)控制速度要求確定用于中點電壓平衡的平衡因子kb，以及電流限值的基值Ilim,電流基值Ilim的設置根據(jù)開關管的電流容量來設置，一般小于額定電流幅值。
[0035]再根據(jù)中點電壓偏移量計算電流上下限值:[0036]當中點電壓偏移為正(Vde2-VdelX)),設定上限值Iuplim = Iliffl — kbX (Vdc2-Vdcl),下限值 IdwnpIim=Ilim ;當中點電壓偏移為負(Vdc;；rVdc;1〈0),設定 Iuplim=Ilim, IdownpIim = 1Iim —kb X (Vdc2_Vdcl)。
[0037]最后，判斷相電流瞬時值大小:若相電流瞬時值大于電流上限值Iuplim或小于電流下限值Idmmlim，則相開關管的占空比設置為0 ;若相電流瞬時值小于電流上限值Iuplim且大于電流下限值Idtwnlim，則相開關管的占空比保持不變，并作為用于實際控制的占空比信號。
[0038]本發(fā)明中，電流上限值Iuplim和電流下限值IdtwnlilJg據(jù)直流中點電壓的偏移調整；當直流中點電壓偏移為正時，設定電流上限值Iuplim小于電流下限值Idwnlim ;當直流中點電壓偏移為負時，設定電流上限值Iuplim大于電流下限值IdOTnlim。電流上限值Iuplim和電流下限值Idtwnlim的絕對值均小于開關管的額定電流幅值。
[0039]本方法的相開關管的占空比采用脈寬計算的方式獲得。脈寬計算方法并不限于最小開關次數(shù)的矢量調制，也可采用簡單的注入零序分量的正弦波調制方法，因此占空比的示意圖并不和圖4完全一致。
[0040]圖6是采用傳統(tǒng)最小開關次數(shù)矢量調制方法時，開關管的電流波形和電網(wǎng)電流波形。圖7是采用本方案的開關管電流波形，對比可見本方案的開關管最大電流下降20%左右，代價是電網(wǎng)電流畸變有一定程度增加。因此本方案適用于對電網(wǎng)電流質量不十分苛刻的應用場合，比如變頻器。
【權利要求】
1.一種用于VIENNA整流器的限流控制方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)通過采樣獲得直流電壓偏移和相電流瞬時值； (2)根據(jù)中點電壓偏移量計算電流上下限值: 當中點電壓偏移為正即Vde2 - Vdcl > O時，電流上限值Iuplim = Iliffl - kbX (Vdc2-Vdcl)，電流下限值Idmmlim=Ilim ;當中點電壓偏移為負即Vde2 — Vdcl < O時，電流上限值Iuplim = Ilim,Idownlim Ilim kb X (^dc2 Vdci); 式中，所述中點電壓偏移指整流器直流側下端電容電壓與上端電容電壓之差，Vtk2為下端電容電壓，Vtkl為上端電容電壓；kb為用于中點電壓平衡的平衡因子，根據(jù)控制速度的要求確定；Ilim為電流限值的基值，根據(jù)開關管的電流容量來設置，該基值小于開關管的額定電流幅值； (3)若相電流瞬時值大于電流上限值Iuplim或小于電流下限值Idwnlim,則相開關管的占空比設置為O ;若相電流瞬時值小于電流上限值Iuplim且大于電流下限值Idwnlim，則相開關管的占空比保持不變，并作為用于實際控制的占空比信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述相開關管的占空比采用脈寬計算的方式獲得。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述脈寬計算采用最少開關次數(shù)的空間矢量調制方式，或注入零 序分量的正弦波調制方法。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的電流上限值Iuplim和電流下限值Idmmlim根據(jù)直流中點電壓的偏移調整；當直流中點電壓偏移為正時，設定電流上限值Iuplim小于電流下限值Idtwnlim ;當直流中點電壓偏移為負時，設定電流上限值Iuplim大于電流下限
Idownlim。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，所述電流上限值Iuplim和電流下限值Idownliffl的絕對值均小于開關管的額定電流幅值。
【文檔編號】H02M7/217GK103715921SQ201310711720
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權日:2013年12月19日
【發(fā)明者】姚文熙, 呂征宇, 黃龍, 林壯 申請人:浙江大學