一种三相整流器制造技术

本申请公开了一种三相整流器，其包括三相整流电路，每一相整流电路包括串联连接的输入滤波器(L

A three-phase rectifier

【技术实现步骤摘要】
一种三相整流器
本申请涉及发电、变电或配电领域，尤其涉及一种三相整流器。
技术介绍
电动汽车传导式非车载充电机通常由AC-DC整流单元和DC-DC变换单元串联组成。AC-DC整流单元将输入的三相交流电变换为电压稳定的直流电，再由DC-DC变换单元将其变换为电流和电压均可以进行调整的直流输出，对电动汽车的动力电池组进行充电。AC-DC整流单元还需要具有交流侧功率因数校正功能，将输入电流的总谐波畸变率控制在允许范围内，减少充电机对电网的谐波影响。目前广泛使用的AC-DC整流单元包括PWM整流器、VIENNA整流器等电路拓扑，输入电压通常为三相380V。随着大型电动汽车在城市公交领域的推广，以及动力电池快充性能的发展，对额定功率达到350kW及以上的大功率充电机的需求正逐渐增多。如果仍然采用传统三相380V作为输入电压，会造成输入电流过大，从单台充电机的器件选择和整机效率到多台充电机构成充电站时的低压配电系统，都将面临巨大挑战。如果采用国家标准规定的三相660V电压作为输入，则可将输入电流降至合理范围内，使得充电系统得到整体优化。但目前常用的PWM整流器、VIENNA整流器等电路拓扑，在应对三相660V电压输入时，存在功率半导体器件电压应力较高的问题。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术要解决的技术问题是提供一种三相整流器，其具有多电平特性，既可以保证功率半导体器件的电压应力保持在合理范围内，又可以降低输入电流的总谐波畸变率，改善交流输入侧电能质量。为解决上述技术问题，提供一种三相整流器，其包括三相整流电路，每一相整流电路包括串联连接的输入滤波器和整流单元，所述整流单元包括五条支路，其中第一支路包括第一和第二功率开关管及第二电容器，第一功率开关管的集电极与第二功率开关管的集电极连接，第二功率开关管的发射极与第二电容器的负极连接；第二支路包括第三和第四功率开关管及第三电容器，第三功率开关管的发射极与第四功率开关管的发射极连接，第四功率开关管的集电极与第三电容器的正极连接；第三支路包括第五和第六功率开关管，第五功率开关管的集电极与第六功率开关管的集电极连接；第一、第二和第三支路并联连接使得第一功率开关管的发射极、第三功率开关管的集电极和第五功率开关管的发射极分别与所述输入滤波器的输出连接，第二电容器的正极、第三电容器的负极和第六功率开关管的发射极连接；第四支路包括第一功率二极管和第一电容器，第一功率二极管的正极与第一电容器的负极连接，第四支路与第二功率开关管并联连接使得第一功率二极管的负极与第二功率开关管的集电极连接；第五支路包括第二功率二极管和第四电容器，第二功率二极管的负极与第四电容器的正极连接，第五支路与第四功率开关管并联连接使得第二功率二极管的正极与第四功率开关管的发射极连接；每一功率开关管的栅极用于接收控制信号；及三相整流电路共用第一、第二、第三和第四电容器。作为本专利技术的一种改进，所述三相整流器还包括电容电压平衡电路，所述电容电压平衡电路包括第一和第二二极管电路、第一和第二开关电路及第一和第二谐振电路，第一二极管电路包括串联连接的第三和第四二极管，第二二极管电路包括串联连接的第五和第六二极管，第一开关电路包括串联连接的第一和第二开关，第二开关电路包括串联连接的第三和第四开关，第一谐振电路包括串联连接的第一电感器和第五电容器，第二谐振电路包括串联连接的第二电感器和第六电容器；第一二极管电路与第一电容器并联使得第三二极管的正极与第一电容器的负极连接，第二二极管电路与第四电容器并联使得第五二极管的正极与第四电容器的负极连接，第一开关电路与第二电容器并联，第二开关电路与第三电容器并联，第一谐振电路并联在第三和第四二极管之间的第一中点与第一和第二开关之间的第二中点之间使得第五电容器的正极与第二中点连接，第二谐振电路并联在第五和第六二极管之间的第三中点与第三和第四开关之间的第四中点之间使得第六电容器的正极与第三中点连接。针对电动汽车大功率充电机，本专利技术提出的三相整流器在输入侧可以采用三相660V交流电，相比原本三相380V输入电压，输入及输出电压得到了提升，在同等输出功率条件下，系统中的输入电流得以降低，有效地提高了整个充电机的效率。此外，针对系统较高的输出电压，通过主电路拓扑的设计而具有多电平特性，在输入电压较高的情况下，功率半导体器件的电压应力仍能保持在合理范围内，解决了功率半导体器件电压应力较高的问题，从而降低了器件选型的难度。同时，该电路为典型多电平功率因数校正(PFC)电路，可以减小电路中的电流谐波畸变，提高功率因数，达到改善电能质量的效果，在输出侧既可以实现多路并联稳压输出，也可以通过控制策略实现单一回路的稳压输出，为大功率充电技术的应用提供了可靠的保证。本专利技术可以与多种形式的多电平DC-DC变换器进行串联，组成性能优异的电动汽车大功率充电机，在满足大型电动汽车快速充电需求的基础上，进一步提升充电系统的整体效率。结合附图阅读本专利技术实施方式的详细描述后，本专利技术的其它特点和优点将变得更加清楚。附图说明图1为根据本专利技术一实施例的单相五电平整流电路拓扑图；图2为根据本专利技术一实施例的三相五电平整流电路拓扑图；图3为单相整流电路的工作状态示意图；图4为图1中A点的五电平相电压波形图；图5为根据本专利技术一实施例的电容电压平衡电路的示意图；图6为图5所示电容电压平衡电路的工作原理示意图；图7为控制对电容器的充电的示意图；图8为控制对电容器的充电的另一示意图。为清晰起见，这些附图均为示意性及简化的图，它们只给出了对于理解本专利技术所必要的细节，而省略其他细节。具体实施方式下面参照附图对本专利技术的实施方式和实施例进行详细说明。通过下面给出的详细描述，本专利技术的适用范围将显而易见。然而，应当理解，在详细描述和具体例子表明本专利技术优选实施例的同时，它们仅为说明目的给出。图1示出了单相整流电路的拓扑图。如图1中所示，单相整流电路包括串联连接的输入滤波器(在此为电感器)La和整流单元，该整流单元包括五条支路，其中第一支路包括第一和第二功率开关管及第二电容器C2，第一功率开关管Ma12的集电极与第二功率开关管Ma11的集电极连接，第二功率开关管Ma11的发射极与第二电容器C2的负极连接；第二支路包括第三和第四功率开关管及第三电容器C3，第三功率开关管Ma31的发射极与第四功率开关管Ma32的发射极连接，第四功率开关管Ma32的集电极与第三电容器C3的正极连接；第三支路包括第五和第六功率开关管，第五功率开关管Ma22的集电极与第六功率开关管Ma21的集电极连接；第一、第二和第三支路并联连接使得第一功率开关管Ma12的发射极、第三功率开关管Ma31的集电极和第五功率开关管Ma22的发射极分别与所述输入滤波器La的输出连接，第二电容器C2的正极、第三电容器C3的负极和第六功率开关管Ma21的发射极连接；第四支路包括第一功率二极管Dna和第一电容器C1，第一功率二极管Dna的正极与第一电容本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三相整流器，其特征在于，所述三相整流器包括三相整流电路，每一相整流电路包括串联连接的输入滤波器(L

【技术特征摘要】
1.一种三相整流器，其特征在于，所述三相整流器包括三相整流电路，每一相整流电路包括串联连接的输入滤波器(La)和整流单元，所述整流单元包括五条支路，其中第一支路包括第一和第二功率开关管及第二电容器(C2)，第一功率开关管(Ma12)的集电极与第二功率开关管(Ma11)的集电极连接，第二功率开关管(Ma11)的发射极与第二电容器(C2)的负极连接；第二支路包括第三和第四功率开关管及第三电容器(C3)，第三功率开关管(Ma31)的发射极与第四功率开关管(Ma32)的发射极连接，第四功率开关管(Ma32)的集电极与第三电容器(C3)的正极连接；第三支路包括第五和第六功率开关管，第五功率开关管(Ma22)的集电极与第六功率开关管(Ma21)的集电极连接；第一、第二和第三支路并联连接使得第一功率开关管(Ma12)的发射极、第三功率开关管(Ma31)的集电极和第五功率开关管(Ma22)的发射极分别与所述输入滤波器(La)的输出连接，第二电容器(C2)的正极、第三电容器(C3)的负极和第六功率开关管(Ma21)的发射极连接；第四支路包括第一功率二极管(Dna)和第一电容器(C1)，第一功率二极管(Dna)的正极与第一电容器(C1)的负极连接，第四支路与第二功率开关管(Ma11)并联连接使得第一功率二极管(Dna)的负极与第二功率开关管(Ma11)的集电极连接；第五支路包括第二功率二极管(Dpa)和第四电容器(C4)，第二功率二极管(Dpa)的负极与第四电容器(C4)的正极连接，第五支路与第四功率开关管(Ma32)并联连接使得第二功率二极管(Dpa)的正极与第四功率开关管(Ma32)的发射极连接；每一功率开关管的栅极用于接收控制信号；及三相整流电路共用第一、第二、第三和第四电容器。


2.根据权利要求1所述的三相整流器，其特征在于，所述三相整流器还包括电容电压平衡电路，所述电容电压平衡电路包括第一和第二二极管电路、第一和第二开关电路及第一和第二谐振电路，第一二极管电路包括串联连接的第三和第四二极管(D1A,D1B)，第二二极管电路包括串联连接的第五和第六二极管(D4A,D4B)，第一开关电路包括串联连接的...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛利勇，武帅，潘浩，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11