基于混合H桥的单相五电平功率因数校正电路制造技术

基于混合H桥的单相五电平功率因数校正电路，包括开关管Q

Single phase five level power factor correction circuit based on hybrid H-bridge

【技术实现步骤摘要】
基于混合H桥的单相五电平功率因数校正电路
本专利技术涉及一种功率因数校正电路，具体涉及一种基于混合H桥的单相五电平功率因数校正电路。
技术介绍
随着电力电子技术的发展，多电平功率因数校正电路的研究和应用得到广泛的关注，其中五电平高功率因数升压变换器是目前最为流行的研究方面之一。五电平高功率因数校正电路需要满足单位功率因数、谐波含量低和直流侧电压稳定等要求；传统五电平功率因数校正电路多采用二极管钳位电路和飞跨电容钳位电路实现五电平输出，其结构复杂，控制系统设计难度较大；同时基于二极管钳位型和飞跨电容型的五电平功率因数电路可靠性能差。
技术实现思路
本专利技术的目的主要在于针对现有五电平拓扑结构多为对称H桥式结构，该类型结构存在可控器件多、控制系统设计难度大和可靠性不足等缺点。而提出一种基于混合H桥的单相五电平功率因数校正电路，该电路结构具有成本低、可靠性能高且控制系统设计简单等优点。这样在一定程度上降低电路体积，减小开关损耗，提高功率密度。本专利技术采取的技术方案为：基于混合H桥的单相五电平功率因数校正电路，包括电感L，开关管Q1、Q2、Q3，二极管D1～D9，电容C1、C2；交流电源Vs一侧分别连接二极管D1阳极、二极管D2阴极，该连接节点构成端点b；交流电源Vs另一侧连接电感L一端，电感L另一端分别连接二极管D3阳极、二极管D4阴极；电感L另一端与二极管D3、D4的连接节点构成端点a；开关管Q3漏极分别连接二极管D1阴极、二极管D3阴极、二极管D7阳极、开关管Q1漏极；开关管Q3漏极与二极管D1、D3、D7、开关管Q1漏极的连接节点构成端点c；开关管Q3源极分别连接二极管D2阳极、二极管D4阳极、二极管D8阴极、开关管Q2源极；开关管Q3源极与二极管D2、D4、D8、开关管Q2源极的连接节点构成端点d；开关管Q2源极连接开关管Q1漏极，其连接节点构成端点n；二极管D7阴极连接电容C1一端，其连接节点构成端点p；电容C1另一端连接电容C2一端，连接点与端点n连接；电容C2负极连接二极管D8阳极，其连接节点构成端点m；开关管Q1反并联二极管D5，开关管Q2反并联二极管D6，开关管Q3反并联二极管D9；端点p、端点m分别连接负载RL两端。所述端点a、端点c、端点d、端点n构成混合H桥网络结构四端口，混合H桥的两边桥臂分为二极管和全控器件组成。所述开关管Q1、Q2、Q3为绝缘栅型双极晶体管IGBT、集成门极换流晶闸管IGCT、或者电力场效应晶体管MOSFET。所述电容C1、C2为串联直流母线分裂电容。本专利技术一种基于混合H桥的单相五电平功率因数校正电路，技术效果如下：1：基于混合H桥的单相五电平功率因数校正电路，结构创新点：该五电平拓扑融合二极管和全控器件，专利技术高可靠性能的混合H桥四端网络结构，利用全控开关管实现功率路径的选择，利用二极管D7、D8做到直流母线功率单向流通。此专利技术拓扑同时具备Boost升压、整流、五电平功率因数校正的特点。2：本专利技术中提出一种基于混合H桥的单相五电平功率因数校正电路，该新型拓扑为混合H桥式的四端口网络结构，基于混合H桥式电路模块可用作为五电平模块化的功率单元。3：在单位功率因数校正电路拓扑结构中融入混合H桥式五电平拓扑；在整流器拓扑结构中引入升压过程，应用全控器件和不控器件的融合技术，使其在结构上具有模块化，便于该模块电路的实用和级联；另外，基于混合H桥的单相五电平功率因数校正电路中多次应用到开关管体二极管作为导通回路，在开关管开通脉冲丢失情况下任然可以实现对负载正常供电，一定程度降低故障损失，提高单相五电平功率因数校正电路工作可靠性。4：本专利技术电路中混合H桥结构可靠性能高、驱动电路少且同时具备升压、整流、五电平功率因数校正的特点，另外本专利技术拓扑多采用二极管器件不需要控制来相互配合实现五电平，该电路的控制系统设计较为简单易行，本专利技术适用于中小功率场合应用。5：本专利技术提出的混合H桥结构具有驱动电路少，可靠性能高等优点；另外多采用二极管器件不需要控制来相互配合完成五电平，该电路的控制系统设计较为简单易行，使得本专利技术拓扑适用于中小功率场合应用。该拓扑同时具备升压、整流、五电平功率因数校正的特点。6：为保证本专利技术拓扑广泛应用于工业，本专利技术拓扑结构采用双环PI控制方式，采用电压作为外环控制量，电流作为内环控制，内环电流控制主要目的在于实现电流的正弦化，保证电流波形出现较大的畸变。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明：图1为本专利技术的电路拓扑结构一。图2为本专利技术的开关模式一流向图。图3为本专利技术的开关模式二流向图。图4为本专利技术的开关模式三流向图。图5为本专利技术的开关模式四流向图。图6为本专利技术的开关模式五流向图。图7为本专利技术的开关模式六流向图。图8为本专利技术的控制策略框图。图9为本专利技术的拓扑整流器输入电压Vab电压波形图。图10为本专利技术的拓扑输入电压电流波形图。图11为本专利技术的拓扑输出直流侧电压电流波形图。具体实施方式如图1所示，基于混合H桥的单相五电平功率因数校正电路，包括电感L，开关管Q1、Q2、Q3，二极管D1～D9，电容C1、C2；交流电源Vs一侧分别连接二极管D1阳极、二极管D2阴极，该连接节点构成端点b；交流电源Vs另一侧连接电感L一端，电感L另一端分别连接二极管D3阳极、二极管D4阴极；电感L另一端与二极管D3、D4的连接节点构成端点a；开关管Q3漏极分别连接二极管D1阴极、二极管D3阴极、二极管D7阳极、开关管Q1漏极；开关管Q3漏极与二极管D1、D3、D7、开关管Q1漏极的连接节点构成端点c；开关管Q3源极分别连接二极管D2阳极、二极管D4阳极、二极管D8阴极、开关管Q2源极；开关管Q3源极与二极管D2、D4、D8、开关管Q2源极的连接节点构成端点d；开关管Q2源极连接开关管Q1漏极，其连接节点构成端点n；二极管D7阴极连接电容C1一端，其连接节点构成端点p；电容C1另一端连接电容C2一端，连接点与端点n连接；电容C2负极连接二极管D8阳极，其连接节点构成端点m；开关管Q1反并联二极管D5，开关管Q2反并联二极管D6，开关管Q3反并联二极管D9；端点p、端点m分别连接负载RL两端。所述端点a、端点c、端点d、端点n构成混合H桥网络结构四端口，混合H桥的两边桥臂分为二极管和全控器件组成。该新型拓扑为在混合H桥式的四端口网络结构，该混合H桥式的四端口网络结构可用作为五电平模块化的功率单元模块。所述开关管Q1、Q2、Q3为绝缘栅型双极晶体管IGBT、集成门极换流晶闸管IGCT、或者电力场效应晶体管MOSFET。所述电容C1、C2为串联直流母线分裂电容，分裂电容采用两个电容值相同的电容串联构成，由电容串联分压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于混合H桥的单相五电平功率因数校正电路，包括电感L，开关管Q

【技术特征摘要】
1.基于混合H桥的单相五电平功率因数校正电路，包括电感L，开关管Q1、Q2、Q3，二极管D1～D9，电容C1、C2；其特征在于：
交流电源Vs一侧分别连接二极管D1阳极、二极管D2阴极，该连接节点构成端点b；
交流电源Vs另一侧连接电感L一端，电感L另一端分别连接二极管D3阳极、二极管D4阴极；电感L另一端与二极管D3、D4的连接节点构成端点a；
开关管Q3漏极分别连接二极管D1阴极、二极管D3阴极、二极管D7阳极、开关管Q1漏极；开关管Q3漏极与二极管D1、D3、D7、开关管Q1漏极的连接节点构成端点c；
开关管Q3源极分别连接二极管D2阳极、二极管D4阳极、二极管D8阴极、开关管Q2源极；开关管Q3源极与二极管D2、D4、D8、开关管Q2源极的连接节点构成端点d；
开关管Q2源极连接开关管Q1漏极，其连接节点构成端点n；
二极管D7阴极连接电容C1一端，其连接节点构成端点p；
电容C1另一端连接电容C2一端，连接点与端点n连接；
电容C2负极连接二极管D8阳极，其连接节点构成端点m；
开关管Q1反并联二极管D5，开关管Q2反并联二极管D6，开关管Q3反并联二极管D9；
端点p、端点m分别连接负载RL两端。


2.根据权利要求1所述基于混合H桥的单相五电平功率因数校正电路，其特征在于：所述端点a、端点c、端点d、端点n构成混合H桥网络结构四端口，混合H桥的两边桥臂分为二极管和全控器件组成。


3.根据权利要求1所述基于混合H桥的单相五电平功率因数校正电路，其特征在于：所述开关管Q1、Q2、Q3为绝缘栅型双极晶体管IGBT、集成门极换流晶闸管IGCT、或者电力场效应晶体管MOSFET。


4.根据权利要求1所述基于混合H桥的单相五电平功率因数校正电路，其特征在于：所述电容C1、C2为串联直流母线分裂电容。


5.如权利要求1-4任意一种基于混合H桥的单相五电平功率因数校正电路，其特征在于，包括以下开关模式：
开关模式一：此时为交流电源Vs的正半周，开关管Q3导通，电流经过电感L，开关管Q3，最后经过二极管D2、D3流回，此过程电感L储能，负载RL由电容C1、C2供电；
开关模式二：此时为交...

【专利技术属性】
技术研发人员：马辉，鲁海鹏，郑凯通，韩笑，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42