一种单相X型互错式三电平交流调压电路制造技术

本发明专利技术涉及一种单相X型互错式三电平交流调压电路，包括主电路部分和开关管保护部分，其中主电路部分包括电源Ui、电感Li、电感Lo、电容C1、电容C2、电容C、IGBT开关管S1、IGBT开关管S2、IGBT开关管S3、IGBT开关管S4、IGBT开关管S5、IGBT开关管S6、二极管D1～D4、二极管D01～D08、电阻R。开关管保护部分包括电感Lr、电容Cr、电容CS。所涉及的元器件数量较少、成本低，调压变换电路结构简单，可以实现输入与输出的反相位电压调节，具有单级变换、输出电压谐波少、电压应力小、且输出电压调节范围大的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种单相X型互错式三电平交流调压电路
本专利技术涉及电力电子调压
，特别涉及一种包括开关管保护电路的反相位输出的一种单相X型互错式三电平交流调压电路。
技术介绍
交流调压电路是将交流输入电压通过变换电路转换为一定范围内电压可调的交流电的电路。随着电力电子技术的飞速发展，各行各业对电气设备性能要求的提高，对电压的性能要求越来越高。许多行业的用电设备不是直接使用电网提供的交流电作为电源，而是通过各种调压电路对电网交流电进行变换，从而得到各自需要的电能形式。CN101039078A公开了一种非隔离式的直接调压电路。CN102185481B和CN102882389A讲述的是从交流到直流变换的一种电路结构，只能应用于LED照明电路中。迄今为止，国内外电力电子研究人员对于调压电路的研究，主要集中在AC-DC-AC的间接变换和DC-DC变换形式，对AC-AC调压的研究多集中于同相位变换的电路结构；对多电平调压变换电路的研究也较两电平调压电路少，而且多电平电路的研究主要集中在多电平逆变器中，对于多电平AC-AC直接变换调压电路的研究也比较有限。所研究的调压电路大多存在电路结构复杂、输出电压波形质量不高、调压过程慢等缺陷。在实现本专利技术时，专利技术人发现对于该电路中的双管双向开关管，在不加缓冲电路的情况下即可实现软关断，但单管双向开关管却存在大量峰值很高的尖峰电压，而且现有的RCD等开关管缓冲电路在单管双向开关管的开断过程中仍出现不少尖峰电压，不能很好地实现软开断，这无疑会增加开关损耗，降低电路的调压效率。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种单相X型互错式三电平交流调压电路，该电路可以实现AC/AC斩波直接反相位变换，以直流变换电路结构为基础，利用X型互错式开关管的结构输出三电平，使调压电路具有三电平调压变换电路的优势，具有电路结构简单、单级变换、输出电压谐波少、电压应力小、且输出电压调节快的优点。同时，电路中的开关管保护部分可以实现单管双向开关管的软关断，减小开关损耗。本专利技术解决该技术问题所采用的技术方案是：一种单相X型互错式三电平交流调压电路，包括主电路部分和开关管保护部分，其中主电路部分包括电源Ui、电感Li、电感Lo、电容C1、电容C2、电容C、IGBT开关管S1、IGBT开关管S2、IGBT开关管S3、IGBT开关管S4、IGBT开关管S5、IGBT开关管S6、二极管D1～D4、二极管D01～D08、电阻R。开关管保护部分包括Lr1(Lr2)、电容Cr1(Cr2)、电容CS1(CS2)。IGBT开关管S1、IGBT开关管S2、D1、D2构成双管双向开关管；IGBT开关管S3、IGBT开关管S4、D3、D4构成另一个双管双向开关管；IGBT开关管S5、D01～D04构成单管双向开关管；IGBT开关管S6、D05～D08构成另一个单管双向开关管。上述器件的连接方式为：电源Ui的一端与Li的一端连接，Li的另一端与C1、CS1、Lr1的一端连接，同时与S1的漏极、D1的阴极连接，S1的源极与S2的源极、D2的阳极连接，S2的漏极与D2的阴极连接，同时与Ui的另一端、CS2、Lr2、C2的一端连接，Lr1的另一端接D01的阳极、D03的阴极，D01的阴极与D02的阴极、S5的漏极、Cr1的一端连接，S5的源极与D03的阳极、D04的阳极、Cr1的另一端连接，Lr2的另一端接D05的阳极、D07的阴极，D05的阴极与D06的阴极、S6的漏极、Cr2的一端连接，S6的源极与D07的阳极、D08的阳极、Cr2的另一端连接，C1的另一端与D06的阳极、D08的阴极、CS2的另一端连接，同时与S3的漏极连接、Lo的一端连接，C2的另一端与D02的阳极、D04的阴极、CS2的另一端连接，同时与S4的漏极连接，S3的漏极与D3的阴极连接，S3的源极与D3的阳极、S4的源极连接，S4的源极与D4的阳极连接，S4的漏极与D4的阴极连接，Lo的另一端与C、R的一端连接，C、R的另一端都与S4的漏极连接。上述一种单相X型互错式三电平交流调压电路，其主电路调压变换的工作原理为：根据单相三电平AC-AC变换电路输入电压Ui的极性划分，调压变换电路分为(I)、(II)两个模态，每个模态下又分为四个开关模式。其中(I)模态为当Ui＞0时，开关管S2、S4处于半周期截止状态，四个开关模式为：开关模式1：S5导通，其余关断。电源Ui通过Ui、Li、D01、S5、D04、C2构成的回路为电容C2充电，电容C2右端为正，同时为电感Li储能，而电容C1通过C1、D01、S5、D04、R、Lo构成的回路为电感Lo和负载R供电。此时ab两端输出的电平为-UC，其中UC为C1两端的电压；开关模式2：S1导通，其余关断。电源Ui通过Ui、Li、S1、D2构成的回路为电感Li储能，而电容C1、C2通过C1、S1、D2、C2、R、Lo构成的回路为电感Lo和负载R供电。此时ab两端输出的电平为-2UC，其中2UC为C1、C2两端的电压；开关模式3：S6导通，其余关断。电源Ui、电感Li通过Ui、Li、C1、D06、S6、D07构成的回路为电容C1充电，电容C1左端为正，而电容C2通过R、Lo、D06、S6、D07构成的回路为电感Lo和负载R供电。此时ab两端输出的电平为-UC，其中UC为C2两端的电压；开关模式4：S3导通，其余关断。电源Ui、电感Li通过Ui、Li、C1、S3、D4、C2构成的回路为电容C1、C2充电，而电感Lo通过Lo、S3、D4、R构成的回路为负载R续流。此时ab两端输出的电平为零。(II)模态为当Ui＜0时，开关管S1、S3处于半周期截止状态，四个开关模式为：开关模式1：S6导通，其余关断。电源Ui通过Ui、D05、S6、D08、C1、Li构成的回路为电容C1充电，电容C1右端为正，同时为电感Li储能，而电容C2通过C2、D05、S6、D08、Lo、R构成的回路为电感Lo和负载R供电。此时ab两端输出的电平为UC，其中UC为C2两端的电压；开关模式2：S2导通，其余关断。电源Ui通过Ui、S2、D1、Li构成的回路为电感Li储能，而电容C1、C2通过C1、Lo、R、C2、S2、D1构成的回路为电感Lo和负载R供电。此时ab两端输出的电平为2UC，其中2UC为C1、C2两端的电压；开关模式3：S5导通，其余关断。电源Ui、电感Li通过Ui、C2、D02、S5、D03、Li构成的回路为电容C2充电，电容C2左端为正，而电容C1通过C1、Lo、R、D02、S5、D03构成的回路为电感Lo和负载R供电。此时ab两端输出的电平为UC，其中UC为C1两端的电压；开关模式4：S4导通，其余关断。电源Ui、电感Li通过Ui、C2、S4、D3、C1、Li构成的回路为电容C1、C2充电，而电感Lo通过Lo、R、S4、D3构成的回路为负载R续流。此时ab两端输出的电平为零。上述一种单相X型互错式三电平交流调压电路，输出电压与输入电压实现了反相位变换。上述一种单相X型互错式三电平交流调压电路，只要调节好ab输出端的0、UC、2UC三个电平导通时间，就可以自如实现输入与输出电压的升降压功能，而且ab端的电压输出为三电平形式，属多电平变换技术，较两电平本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单相X型互错式三电平交流调压电路，其特征在于：包括主电路部分和开关管保护部分，其中主电路部分包括电源Ui、电感Li、电感Lo、电容C1、电容C2、电容C、IGBT开关管S1、IGBT开关管S2、IGBT开关管S3、IGBT开关管S4、IGBT开关管S5、IGBT开关管S6、二极管D1～D4、二极管D01～D08。开关管保护部分包括电感Lr1(Lr2)、电容Cr1(Cr2)、电容CS1(CS2)；上述器件的连接方式为：电源Ui的一端与Li的一端连接，Li的另一端与C1、CS1、Lr1的一端连接，同时与S1的漏极、D1的阴极连接，S1的源极与S2的源极、D2的阳极连接，S2的漏极与D2的阴极连接，同时与Ui的另一端、CS2、Lr2、C2的一端连接，Lr1的另一端接D01的阳极、D03的阴极，D01的阴极与D02的阴极、S5的漏极、Cr1的一端连接，S5的源极与D03的阳极、D04的阳极、Cr1的另一端连接，Lr2的另一端接D05的阳极、D07的阴极，D05的阴极与D06的阴极、S6的漏极、Cr2的一端连接，S6的源极与D07的阳极、D08的阳极、Cr2的另一端连接，C1的另一端与D06的阳极、D08的阴极、CS2的另一端连接，同时与S3的漏极连接、Lo的一端连接，C2的另一端与D02的阳极、D04的阴极、CS2的另一端连接，同时与S4的漏极连接，S3的漏极与D3的阴极连接，S3的源极与D3的阳极、S4的源极连接，S4的源极与D4的阳极连接，S4的漏极与D4的阴极连接，Lo的另一端与C、R的一端连接，C、R的另一端都与S4的漏极连接；两个单管双向开关管X型互错于C1、C2两电容间电路中，构成电路结构。...

【技术特征摘要】
1.一种单相X型互错式三电平交流调压电路，其特征在于：包括主电路部分和开关管保护部分，其中主电路部分包括电源Ui、电感Li、电感Lo、电容C1、电容C2、电容C、IGBT开关管S1、IGBT开关管S2、IGBT开关管S3、IGBT开关管S4、IGBT开关管S5、IGBT开关管S6、二极管D1～D4、二极管D01～D08。开关管保护部分包括电感Lr1(Lr2)、电容Cr1(Cr2)、电容CS1(CS2)；上述器件的连接方式为：电源Ui的一端与Li的一端连接，Li的另一端与C1、CS1、Lr1的一端连接，同时与S1的漏极、D1的阴极连接，S1的源极与S2的源极、D2的阳极连接，S2的漏极与D2的阴极连接，同时与Ui的另一端、CS2、Lr2、C2的一端连接，Lr1的另一端接D01的阳极、D03的阴极，D01的阴极与D02的阴极、S5的漏极、Cr1的一端连接，S5的源极与D03的阳极、D04的阳极、Cr1的另一端连接，Lr2的另一端接D05的阳极、D07的阴极，D05的阴极与D06的阴极、S6的漏极、Cr2的一端连接，S6的源极与D07的阳极、D08的阳极、Cr2的另一端连接，C1的另一端与D06的阳极、D08的阴极、CS2的另一端连接，同时与S3的漏极连接、Lo的一端连接，C2的另一端与D02的阳极、D04的阴极、CS2的另一端连接，同时与S4的漏极连接，S3的漏极与D3的阴极连接，S3的源极与D3的阳极、S4的源极连接，S4的源极与D4的阳极连接，S4的漏极与D4的阴极连接，Lo的另一端与C、R的一端连接，C、R的另一端都与S4的漏极连接；两个单管双向开关管X型互错于C1、C2两电容间电路中，构成电路结构。2.根据权利要求1所述一种单相X型互错式三电平交流调压电路，其特征在于：所述电容C1、电容C2的容值相等。3.根据权利要求1所述一种单相X型互错式三电平交流调压电路，其开关管保护部分的CLC缓冲电路特征在于：一个电感Lr、两个电容CS、Cr；电路中的电容CS一端与电感Lr一端连接，电感Lr另一端与D01(D05)的阳极、D03(D07)的阴极连接，D01(D05)的阴极接开关管S5(S6)的漏极、D02(D06)的阴极、电容Cr的一端，S5(S6)的源极接D03(D07)的阳极、D04(D08)的阳极、电容Cr的另一端，D04(D08)的阴极接D02(D06)的阳极、电容CS的另一端；CLC缓冲电路与单管双向开关管中的二极管相结合，实现变换电路中开关管的零开断；对于其他Buck、Boost、Buck-boost等交流直接变换电路中应用到单管双向开关管的电路同样适用。4.根据权利要求1所述一种单相X型互错式三电平交流调压电路，其特征在于：开关管驱动电路采用英飞凌1ED020I12-F驱动芯片，控制芯片采用dsPIC30f6014A。5.根据权利要求1所述一种单相X型互错式三电平交流调压电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文华，孟喆，张林林，胡琦，郑杭，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12