混合整流器制造技术

提供一种混合整流器，包括用于在线路电流的正电流部分期间传导电流的顶部二极管、并联连接到顶部二极管的顶部晶体管、用于在线路电流的负电流部分期间传导电流的底部二极管以及并联连接到底部二极管的底部晶体管。混合整流器控制器连接到顶部晶体管和底部晶体管用于实施晶体管控制策略，使得在线路电流的正电流部分期间，仅当线路电流低于正弦参考电流时，顶部二极管传导电流且底部晶体管传导电流。类似地，在线路电流的负电流部分期间，仅当线路电流高于正弦参考电流时，底部二极管传导电流且顶部晶体管传导电流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】混合整流器相关申请的交叉引用本申请要求2016年10月19日提交的US62/410,026号美国专利申请的优先权，所述美国专利申请的全文特此以引用的方式并入本文中。
所描述的实施例涉及电力电子。
技术介绍
整流器是用于将公用事业公司以交流电形式(AC)提供的电力供应转换成某些应用所需要的直流电形式(DC)的装置。电子整流器用在大多数AC/DC电力供应器、马达驱动器(变频或伺服)、电池充电器等中。几乎所有由配电网供电的电子装置都使用整流器。存在许多类型的整流器，从简单到复杂，每一者提供不同的性能水平。通常，最简单的整流器使用多个二极管。这些二极管整流器具有产生大量电流畸变的特性，这对于某些应用来说是不可接受的，诸如受例如IEEE519的法规或标准约束的那些应用。为了实现比二极管整流器要好的电流畸变水平，已经开发了有源整流器。传统上，目标是显著减小畸变使其超出法规和标准所设定的限度。有源整流器比二极管整流器要复杂，并且使用有源开关(通常是晶体管)来控制电流流动。然而，有源整流器的相关联成本高于二极管整流器，因为所使用的晶体管必须能够传导相对较高的电流，这使得它们较为昂贵。此外，由于晶体管的不断切换，有源整流器通常在部分负载下具有低效率，这即使在负载变为零时也会产生损耗。对于某些应用和行业，已知的有源整流器的效率低得不可接受或者至少表示一个实质性问题。
技术实现思路
在第一方面，本专利技术的一些实施例提供一种用于对交流电进行整流的混合整流器电路。对于每个AC相位，混合整流器电路包括用于在交流电的正电流部分期间传导电流的顶部二极管和并联连接到顶部二极管的顶部晶体管。混合整流器还包括用于在交流电的负电流部分期间传导电流的底部二极管和并联连接到底部二极管的底部晶体管。混合整流器控制器连接到顶部晶体管和底部晶体管用于切换顶部晶体管和底部晶体管。根据一些实施例，可以设计控制以便将晶体管切换保持在最小限度。在交流电的正电流部分期间，当通过顶部二极管的电流低于正弦参考电流时切换底部晶体管以使得底部晶体管传导电流，当通过顶部二极管的电流高于正弦参考电流时切换底部晶体管以使得底部晶体管不传导电流。类似地，在交流电的负电流部分期间，当通过底部二极管的电流高于正弦参考电流时切换顶部晶体管以使得顶部晶体管传导电流，并且当通过底部二极管的电流低于正弦参考电流时切换顶部晶体管以使得顶部晶体管不传导电流。根据一些实施例，混合整流器可以被实施为三相混合整流器，针对每个相位具有顶部晶体管、顶部二极管、底部晶体管、底部二极管和混合整流器控制器。在第二方面，本专利技术的一些实施例提供一种用于对交流电进行整流的混合整流器电路。混合整流器电路包括顶部晶体管，用于在交流电的正电流部分期间传导电流并且在交流电的负电流部分期间切换。混合整流器电路还包括底部晶体管，用于在交流电的负电流部分期间传导电流并且在交流电的正电流部分期间切换。混合整流器控制器连接到顶部晶体管和底部晶体管中的每一者，用于在交流电的正部分期间当通过顶部晶体管的电流低于正弦参考电流时切换底部晶体管，并且在交流电的负部分期间当通过底部晶体管的电流高于正弦参考电流时切换顶部晶体管。根据一些实施例，混合整流器中的晶体管可以是场效应晶体管(FET)。在第三方面，本专利技术的一些实施例提供一种用于电力再生的混合整流器电路。混合整流器电路包括用于在交流电的正电流部分期间传导续流电流的顶部二极管和并联连接到顶部二极管的顶部晶体管。混合整流器电路还包括用于在交流电的负电流部分期间传导续流电流的底部二极管和并联连接到底部二极管的底部晶体管。混合整流器控制器连接到顶部晶体管和底部晶体管以使得在交流电的正电流部分期间，当通过底部晶体管的电流低于正弦参考电流时切换底部晶体管以使得底部晶体管传导电流，并且当通过底部晶体管的电流高于正弦参考电流时切换底部晶体管以使得底部晶体管不传导电流。在交流电的负电流部分期间，当通过顶部晶体管的电流高于正弦参考电流时切换底部晶体管以使得顶部晶体管传导电流，并且当通过顶部晶体管的电流低于正弦参考电流时切换顶部晶体管以使得顶部晶体管不传导电流。在第四方面，本专利技术的一些实施例提供一种用于对并联高功率整流器的谐波进行滤波的混合整流器，包括并联连接到高功率整流器的混合整流器。附图说明现在将参考附图详细描述本专利技术的优选实施例，其中：图1是根据一些实施例的混合整流器的电路图；图2描绘了根据一些实施例的三相混合整流器的电流传导的曲线；图3是根据一些实施例的混合整流器控制器的示意图；图4描绘了根据一些实施例的如混合整流器控制器可以使用的DC总线电压纹波；图5描绘了根据一些实施例的在负载突降保护期间的电压和电流曲线；图6描绘了根据一些实施例的示出通过混合整流器的二极管和晶体管的电流的电压和电流曲线；图7是根据一些实施例的使用FET的混合整流器的电路图；图8是描绘根据一些实施例的在使用与二极管并联的FET的混合整流器的操作期间的电流流动的电路图；图9是描绘根据一些实施例的在仅使用FET(而没有并联的二极管)的混合整流器的操作期间的电流流动的电路图；图10描绘了根据一些实施例的使用FET的三相混合整流器的电流传导的曲线；图11是根据一些实施例的用作用于大型整流器的谐波滤波器的混合整流器的电路图；以及图12描绘了示出用于典型300A整流器的平均二极管正向电压降的曲线。具体实施方式参考图1，示出了混合整流器100的电路图。一般来说，混合整流器100通过组合二极管整流器的优势和有源整流器的优势来减轻已知有源整流器和二极管整流器所呈现的问题。尽管混合整流器100的示意图与已知有源整流器有些相似，但重要的是要理解混合整流器的部件大小不同于有源整流器。因此，与有源整流器相比，混合整流器产生较少损耗，同时提供改善的效率。明确地说，混合整流器100与已知有源整流器之间的显著差异是控制技术。与有源整流器相反，混合整流器的较简单逐相控制电路可以被嵌入用于多相整流器的每个相位支路，从而消除有源整流器通常需要的隔离信号。可以使用任何已知的相位电流和DC总线电压传感器，因为实施方式对于操作来说并不重要。混合整流器100被示出为三相混合整流器，并且命名“a”、“b”和“c”用于表示三个相位中的每一者。根据一些实施例，可以使用单相混合整流器，例如，包括部件集合“a”、“b”或“c”中的、与混合整流器100中的单个相位对应的一者(或两者)。混合整流器100包括与顶部晶体管112a并联的顶部二极管110a，它们一起形成顶部开关。底部开关包括与底部晶体管116a并联的底部二极管114a，如图所示。二极管110a和114a连同晶体管112a和116a对应于三相混合整流器100的一个相位。类似地，混合整流器100包括对应于其它两个相位的二极管110b、110c、114b、114c和晶体管112b、112c、116b、116c。如本文所使用，术语“晶体管”用于表示能够随意开关换向的快速半导体开关，例如但不限于双极结型晶体管(BJT)、绝缘栅极双极晶体管(IGBT)、任何类型的场效应晶体管(FET)，诸如：金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或结型栅极场效应晶体管(JFET)、栅极关断晶闸管(GTO)和强制换向晶闸管。本领域的技术人员将了解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于对线路电流进行整流的混合整流器电路，包括：‑顶部二极管，用于在所述线路电流的正电流部分期间传导电流；‑顶部晶体管，并联连接到所述顶部二极管；‑底部二极管，用于在所述线路电流的负电流部分期间传导电流；‑底部晶体管，并联连接到所述底部二极管；以及‑混合整流器控制器，连接到所述顶部晶体管和所述底部晶体管，用于切换所述顶部晶体管和所述底部晶体管，使得：在所述线路电流的所述正电流部分期间：当所述线路电流低于正弦参考电流时，切换所述底部晶体管以使得所述底部晶体管传导电流，以及当所述线路电流高于所述正弦参考电流时，切换所述底部晶体管以使得所述底部晶体管不传导电流；以及在所述线路电流的所述负电流部分期间：当所述线路电流高于所述正弦参考电流时，切换所述顶部晶体管以使得所述顶部晶体管传导电流，以及当所述线路电流低于所述正弦参考电流时，切换所述顶部晶体管以使得所述顶部晶体管不传导电流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.19 US 62/410,0261.一种用于对线路电流进行整流的混合整流器电路，包括：-顶部二极管，用于在所述线路电流的正电流部分期间传导电流；-顶部晶体管，并联连接到所述顶部二极管；-底部二极管，用于在所述线路电流的负电流部分期间传导电流；-底部晶体管，并联连接到所述底部二极管；以及-混合整流器控制器，连接到所述顶部晶体管和所述底部晶体管，用于切换所述顶部晶体管和所述底部晶体管，使得：在所述线路电流的所述正电流部分期间：当所述线路电流低于正弦参考电流时，切换所述底部晶体管以使得所述底部晶体管传导电流，以及当所述线路电流高于所述正弦参考电流时，切换所述底部晶体管以使得所述底部晶体管不传导电流；以及在所述线路电流的所述负电流部分期间：当所述线路电流高于所述正弦参考电流时，切换所述顶部晶体管以使得所述顶部晶体管传导电流，以及当所述线路电流低于所述正弦参考电流时，切换所述顶部晶体管以使得所述顶部晶体管不传导电流。2.根据权利要求1所述的混合整流器电路，其中所述线路电流是三相线路电流，顶部整流器开关和底部整流器开关与所述三相线路电流的第一相位有关，并且所述混合整流器控制器包括至少一个混合整流器控制器，所述混合整流器还包括：-第二顶部整流器开关和第二底部整流器开关，所述第二顶部整流器开关包括与第二顶部晶体管并联的第二顶部二极管，所述第二底部整流器开关包括第二底部晶体管和第二底部二极管，所述第二顶部整流器开关和所述第二底部整流器开关与所述三相电流的第二相位有关；以及-第三顶部整流器开关和第三底部整流器开关，所述第三顶部整流器开关包括与第三顶部晶体管并联的第三顶部二极管，所述第三底部整流器开关包括第三底部晶体管和第三底部二极管，所述第三顶部整流器开关和所述第三底部整流器开关与所述三相电流的第三相位有关；其中所述至少一个混合整流器控制器还被配置为：在所述线路电流的第二相位的正电流部分期间：当第二线路电流低于顶部参考值时，切换所述第二底部晶体管以使得所述第二底部晶体管传导电流，以及当所述第二线路电流高于所述正弦参考电流时，切换所述第二底部晶体管以使得所述第二底部晶体管不传导电流；以及在所述线路电流的所述第二相位的负电流部分期间：当所述第二线路电流高于所述正弦参考电流时，切换所述第二顶部晶体管以使得所述第二顶部晶体管不传导电流，以及当所述第二线路电流低于所述正弦参考电流时，切换所述第二顶部晶体管以使得所述第二顶部晶体管不传导电流；在所述线路电流的第三相位的正电流部分期间：当第三线路电流低于所述正弦参考电流时，切换所述第三底部晶体管以使得所述第三底部晶体管传导电流，以及当所述第三线路电流高于所述正弦参考电流时，切换所述第三底部晶体管以使得所述第三底部晶体管不传导电流；以及在所述线路电流的所述第三相位的负电流部分期间：当所述第三线路电流高于所述正弦参考电流时，切换所述第三顶部晶体管以使得所述第三顶部晶体管传导电流，以及当所述第三线路电流低于所述正弦参考电流时，切换所述第三顶部晶体管以使得所述第三顶部晶体管不传导电流。3.根据权利要求2所述的混合整流器电路，其中所述至少一个混合整流器控制器包括用于控制所述第二顶部晶体管和所述第二底部晶体管的第二混合整流器控制器，以及用于控制所述第三顶部晶体管和所述第三底部晶体管的第三混合整流器控制器。4.根据权利要求1至3中任一项所述的混合整流器电路，其中所述顶部晶体管和底部晶体管中的每一者包括场效应晶体管(FET)。5.根据权利要求1至4中任一项所述的混合整流器电路，其中基于负载来调整所述正弦参考电流的振幅。6.根据权利要求1至4中任一项所述的混合整流器电路，其中基于DC总线电压与峰值线间电压的比较来调整所述正弦参考电流的所述振幅。7.根据权利要求1至6中任一项所述的混合整流器电路，其中脉宽调制器控制所述顶...

【专利技术属性】
技术研发人员：马尔科·特伦布莱，
申请(专利权)人：伊玛罗格股份有限公司，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA