单相三电平无桥PFC整流器制造技术

本发明专利技术涉及一种单相三电平无桥PFC整流器，包括交叉开关滤波网络、电力电子开关网络、直流电容C1和直流电容C2；所述交叉开关滤波网络的第一输入端与电源电压vs的第一端相连，所述交叉开关滤波网络的第二输入端与电源电压vs的第二端相连，所述交叉开关滤波网络的第一输出端与所述电力电子开关网络的第一输入端相连，所述交叉开关滤波网络的第二输出端与所述电力电子开关网络的第二输入端相连。将交叉开关滤波网络引入到现有的三电平无桥PFC整流器中，不仅能保持原来三电平无桥PFC整流器的优势，而且能在不增加漏电流和安全风险前提下，大大减小整流器的共模电流，适合于对漏电流和共模噪声有严格限制的应用场合。

【技术实现步骤摘要】
单相三电平无桥PFC整流器
本专利技术属于高效率、高功率密度PFC整流器
，具体涉及一种单相三电平无桥PFC整流器。
技术介绍
开关电源的输入级通常采用由二极管构成的不可控电容性整流电路，这种电路的主要缺点是输入电流含有大量低次谐波成分，功率因数很低，对电网造成严重污染。采用全控电力电子开关器件构成的有源PFC技术，可以有效降低谐波含量、提高功率因数。由于采用高频开关控制，有源PFC电路中无源滤波元件，如电感器、电容器体积可以大大减小，对提高变换器的功率密度十分有利。目前，有源PFC电路的应用已越来越广泛。两电平Boost型PFC电路最为成熟和常见。该电路容易实现，可靠性高，但存在几个问题：1)电感电流高频开关纹波大；2)开关器件电压应力大；3)当输入电压较低时，二极管整流桥的通态损耗大。这些问题会增加整流器的体积、成本，降低效率。为解决上述问题，中国专利技术专利(授权公告号CN101728964授权公告日2012.1.4)提出的单电感三电平无桥功率因数校正变换器，能提高低输入电压时变换器的效率，且将电感电流纹波减小约50％，但在电源电压的半个周期内，有一个直流电容一直处于放电状态，因此必须采用较大容量和体积的电容，增加了体积、成本。国外学者提出了一种单相三电平无桥PFC电路，能实现两个直流电容在半个电源周期内均匀充、放电，因而可以减小电容容量和体积，但共模噪声较大，不利于EMI滤波器设计。在整流器主电路与机壳之间加装共模滤波电容(Y电容)的方法，可以有效减少整流器的共模噪声，但会增加漏电流和安全风险。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对上述技术的不足，提供一种能在不增加漏电流和安全风险前提下大大减小整流器共模电流的单相三电平无桥PFC整流器。为实现上述目的，本专利技术所设计的单相三电平无桥PFC整流器，包括交叉开关滤波网络、电力电子开关网络、直流电容C1和直流电容C2；所述交叉开关滤波网络的第一输入端与电源电压vs的第一端相连，所述交叉开关滤波网络的第二输入端与电源电压vs的第二端相连，所述交叉开关滤波网络的第一输出端与所述电力电子开关网络的第一输入端相连，所述交叉开关滤波网络的第二输出端与所述电力电子开关网络的第二输入端相连。进一步地，所述交叉开关滤波网络1包括电子开关Sp、电子开关Sn、电感L1、电感L2、电容Cp和电容Cn；所述电子开关Sp与所述电容Cp组成第一串联支路，所述电子开关Sn与所述电容Cn组成第二串联支路；第一串联支路中所述电子开关Sp的自由端与所述电感L1的第一端相连作为所述交叉开关滤波网络的第一输入端与电源电压vs的第一端相连，第一串联支路中所述电容Cp的自由端与所述电感L2的第二端相连作为所述交叉开关滤波网络的第二输出端；第二串联支路中所述电子开关Sn的自由端与所述电感L1的第二端相连作为所述交叉开关滤波网络的第一输出端，第二串联支路中所述电容Cn的自由端与所述电感L2的第一端相连作为所述交叉开关滤波网络的第二输入端与电源电压vs的第二端相连；所述电力电子开关网络包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、二极管D7、二极管D8、MOSFET开关管T1及MOSFET开关管T2；所述二极管D1阳极分别与所述二极管D2阴极、所述二极管D5阴极、所述二极管D6阳极相连，所述二极管D3阳极分别与所述二极管D4阴极、所述二极管D7阴极、所述二极管D8阳极相连，所述二极管D1阴极与所述二极管D3阴极相连，所述二极管D2阳极与所述二极管D4阳极相连，所述MOSFET开关管T1源极分别与所述二极管D5阳极、所述二极管D7阳极相连，所述MOSFET开关管T1漏极和所述MOSFET开关管T2源极相连，所述MOSFET开关管T2漏极分别与所述二极管D6阴极、所述二极管D8阴极相连；所述交叉开关滤波网络的第二输出端与所述二极管D4的阴极相连，所述交叉开关滤波网络的第一输出端与所述二极管D1的阳极相连。进一步地，所述直流电容C1正极连接到所述二极管D1阴极与所述二极管D3阴极的接点，所述直流电容C1负极连接到所述MOSFET开关管T1漏极与所述MOSFET开关管T2源极的接点；所述直流电容C2正极与所述直流电容C1负极相连，所述直流电容C2负极连接到所述二极管D2阳极与所述二极管D4阳极的接点。进一步地，所述直流电容C1的电压与直流电容C2的电压相等。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：将交叉开关滤波网络引入到现有的三电平无桥PFC整流器中，不仅能保持原来三电平无桥PFC整流器的优势，而且能在不增加漏电流和安全风险前提下，大大减小整流器的共模电流，适合于对漏电流和共模噪声有严格限制的应用场合。附图说明图1是本专利技术单相三电平无桥PFC整流器电路图；图2a～2h是本实施例整流器在电源电压vs一个周期内各开关模态的电路图；图3为本实施例整流器在电源电压vs正半周时的共模等效电路；图4为本实施例整流器在电源电压vs负半周时的共模等效电路。图中各部件标号如下：交叉开关滤波网络1、电力电子开关网络2。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。如图1所示为单相三电平无桥PFC整流器的一种具体电路图，该整流器包括交叉开关滤波网络1、电力电子开关网络2、直流电容C1和直流电容C2；交叉开关滤波网络1有两个输入端(即第一输入端和第二输入端)和两个输出端(即第一输出端和第二输出端)，其中，交叉开关滤波网络1的第一输入端与电源电压vs的第一端相连，交叉开关滤波网络1的第二输入端与电源电压vs的第二端相连，交叉开关滤波网络1的第一输出端与电力电子开关网络2的第一输入端相连，交叉开关滤波网络1的第二输出端与电力电子开关网络2的第二输入端相连。交叉开关滤波网络1包括电子开关Sp、电子开关Sn、电感L1、电感L2、电容Cp和电容Cn，电子开关Sp与电容Cp组成第一串联支路，电子开关Sn与电容Cn组成第二串联支路。第一串联支路中电子开关Sp的自由端与电感L1的第一端相连作为交叉开关滤波网络1的第一输入端与电源电压vs的第一端相连，第一串联支路中电容Cp的自由端与电感L2的第二端相连作为交叉开关滤波网络1的第二输出端；第二串联支路中电子开关Sn的自由端与电感L1的第二端相连作为交叉开关滤波网络1的第一输出端，第二串联支路中电容Cn的自由端与电感L2的第一端相连作为交叉开关滤波网络1的第二输入端与电源电压vs的第二端相连。电力电子开关网络2包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、二极管D7、二极管D8、MOSFET开关管T1及MOSFET开关管T2；二极管D1阳极分别与二极管D2阴极、二极管D5阴极、二极管D6阳极相连，二极管D3阳极分别与二极管D4阴极、二极管D7阴极、二极管D8阳极相连，二极管D1阴极与二极管D3阴极相连，二极管D2阳极与二极管D4阳极相连，MOSFET开关管T1源极分别与二极管D5阳极、二极管D7阳极相连，MOSFET开关管T1漏极和MOSFET开关管T2源极相连，MOSFET开关管T2漏极分别与二极管D6阴极、二极管D8阴极相连，且交叉开关滤波网络1中第一串联支路中电容Cp的自由端与电感L2的第二端相连作为交叉开关滤波网络本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单相三电平无桥PFC整流器，包括交叉开关滤波网络、电力电子开关网络、直流电容C1和直流电容C2；其特征在于：所述交叉开关滤波网络的第一输入端与电源电压vs的第一端相连，所述交叉开关滤波网络的第二输入端与电源电压vs的第二端相连，所述交叉开关滤波网络的第一输出端与所述电力电子开关网络的第一输入端相连，所述交叉开关滤波网络的第二输出端与所述电力电子开关网络的第二输入端相连。

【技术特征摘要】
1.一种单相三电平无桥PFC整流器，包括交叉开关滤波网络、电力电子开关网络、直流电容C1和直流电容C2；其特征在于：所述交叉开关滤波网络的第一输入端与电源电压vs的第一端相连，所述交叉开关滤波网络的第二输入端与电源电压vs的第二端相连，所述交叉开关滤波网络的第一输出端与所述电力电子开关网络的第一输入端相连，所述交叉开关滤波网络的第二输出端与所述电力电子开关网络的第二输入端相连。2.根据权利要求1所述单相三电平无桥PFC整流器，其特征在于：所述交叉开关滤波网络1包括电子开关Sp、电子开关Sn、电感L1、电感L2、电容Cp和电容Cn；所述电子开关Sp与所述电容Cp组成第一串联支路，所述电子开关Sn与所述电容Cn组成第二串联支路；第一串联支路中所述电子开关Sp的自由端与所述电感L1的第一端相连作为所述交叉开关滤波网络的第一输入端与电源电压vs的第一端相连，第一串联支路中所述电容Cp的自由端与所述电感L2的第二端相连作为所述交叉开关滤波网络的第二输出端；第二串联支路中所述电子开关Sn的自由端与所述电感L1的第二端相连作为所述交叉开关滤波网络的第一输出端，第二串联支路中所述电容Cn的自由端与所述电感L2的第一端相连作为所述交叉开关滤波网络的第二输入端与电源电压vs的第二端相连；所述电力电子开关网络包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管...

【专利技术属性】
技术研发人员：宫力，蒋云昊，丁稳房，席自强，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42