一种三相隔离AC-DC变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种三相隔离AC‑DC变换器，它包括原边侧、副边侧和谐振网络三个部分。原边侧每相上下桥臂采用相同结构的一组共源极反串联开关管，谐振网络采用LLC串联谐振结构，副边整流侧采用整流电路。该拓扑的原边电路的功率器件可实现零电压软开通（ZVS），并且可同时实现功率因数校正技术（PFC）功能。该变换器将功率因数校正技术和谐振软开关技术相结合，使变换器输入电流很好地跟随输入电压变化，实现PFC功能；该变换器通过控制输出电压实现稳定的直流电压输出；同时，该变换器具有高频变压器，可实现电气隔离功能。

A three-phase isolated AC-DC converter

【技术实现步骤摘要】
一种三相隔离AC-DC变换器
本专利技术属于电力电子领域，具体涉及AC-DC变换器。
技术介绍
随着全球能源危机的加深以及各国环保意识的增强，电动汽车得到越来越广泛的应用，我国电动汽车也迎来爆发式增长，在公交、出租、物流、乘用车等诸多领域都已初具规模。作为不可或缺的供能设备，充电系统是电动汽车推广应用的关键基础设施。但遗憾的是，虽然充电桩数量持续翻倍增长，但仍存在体积大、效率低的问题。因此研究高功率密度、高效率的充电系统具有重大社会和经济意义。根据变换器中是否含有隔离变压器，可将充电系统拓扑分为隔离型和非隔离型。在电动汽车充电应用中，为了安全和输入输出电压的匹配，需要采用隔离型拓扑。从功率变换的形式来看，充电系统拓扑可分为单级式拓扑和两级式拓扑。目前广泛采用的充电系统拓扑为两级式结构，即前级AC-DC变换器，以及后级隔离DC-DC变换器。AC-DC和DC-DC通过中间直流母线电容连接，两者在控制上天然解耦。但该结构所需开关管数量众多，驱动电路设计繁杂，且直流母线电容体积庞大。单级式变换器比两级式省去了一级变换器，减小了电路的复杂度，提高了功率密度和系统效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种三相隔离AC-DC变换器。该变换器将功率因数校正技术和谐振技术结合，使变换器输入电流很好地跟随输入电压变化，实现功率因数校正功能；该变换器通过控制输出电压，实现稳定的直流电压输出；同时，该变换器具有高频变压器，可以实现电气隔离的功能。本专利技术提供的一种三相隔离AC-DC变换器，包括A相输入端、B相输入端、C相输入端、三相全桥单元、LLC谐振网络和输出整流单元；其中，三相全桥单元包括A相上桥臂开关管单元、B相上桥臂开关管单元、C相上桥臂开关管单元、A相下桥臂开关管单元、B相下桥臂开关管单元和C相下桥臂开关管单元，LLC谐振网络包括谐振电感、谐振电容、励磁电感和变压器；A相输入端、A相上桥臂开关管单元一端、A相下桥臂开关管单元一端连接在一起，B相输入端、B相上桥臂开关管单元一端、B相下桥臂开关管单元一端连接在一起，C相输入端、C相上桥臂开关管单元一端、C相下桥臂开关管单元一端连接在一起；A相上桥臂开关管单元另一端、B相上桥臂开关管单元另一端、C相上桥臂开关管单元另一端、谐振电容Cr一端连接在一起，A相下桥臂开关管单元另一端、B相下桥臂开关管单元另一端、C相下桥臂开关管单元另一端、谐振电感一端连接在一起；谐振电容另一端、励磁电感一端、变压器原边侧一端连接在一起，谐振电感另一端、励磁电感另一端、变压器原边侧另一端连接在一起；变压器副边侧与输出整流单元连接；A相上桥臂开关管单元、B相上桥臂开关管单元、C相上桥臂开关管单元、A相下桥臂开关管单元、B相下桥臂开关管单元、C相下桥臂开关管单元分别为一对反接串联开关管；优选地，这一对反接串联开关管中的开关管分别为IGBT或者MOSFET。例如，A相上桥臂开关管单元、B相上桥臂开关管单元、C相上桥臂开关管单元、A相下桥臂开关管单元、B相下桥臂开关管单元、C相下桥臂开关管单元均可以是这种结构：由两个共源极开关管反接串联组成，第一个开关管和第二个开关管的源极连接在一起，第一个开关管的漏极和第二个开关管的漏极分别对应ABC各相上或下桥臂开关管单元的两端。这种情况如图1(a)中所示。又如，A相上桥臂开关管单元、B相上桥臂开关管单元、C相上桥臂开关管单元、A相下桥臂开关管单元、B相下桥臂开关管单元、C相下桥臂开关管单元均可以是这种结构：由两个共漏极开关管反接串联组成，第一个开关管和第二个开关管的漏极连接在一起，第一个开关管的源极和第二个开关管的源极分别对应ABC各相上或下桥臂开关管单元的两端。这种情况如图1(b)中所示。进一步地，输出整流单元包括第一整流管单元、第二整流管单元、第三整流管单元、第四整流管单元和输出滤波电容，变压器副边侧一端、第一整流管单元的一端、第三整流管单元的一端连接在一起，变压器副边侧另一端、第二整流管单元的一端、第四整流管单元的一端连接在一起；第一整流管单元的另一端、第二整流管单元的另一端、输出滤波电容正端连接在一起，第三整流管单元的另一端、第四整流管单元的另一端、输出滤波电容负端连接在一起。进一步地，第一整流管单元、第二整流管单元、第三整流管单元、第四整流管单元分别为开关管或二极管；优选地，这里的开关管为IGBT或者MOSFET。例如，各整流管单元由二极管、电容构成，即输出整流单元包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管和输出滤波电容，变压器副边的一端、第一二极管阳极、第三二极管阴极连接在一起，变压器副边的另一端、第二二极管阳极、第四二极管阴极连接在一起；第一二极管阴极、第二二极管阴极、输出滤波电容正端连接在一起，第三二极管阳极、第四二极管阳极、输出滤波电容负端连接在一起。这种情况如图1(a)中所示。按照实际情况的需求，还可包括输入滤波器，所述输入滤波器设置在三相全桥单元前端，三相电源经输入滤波器接入三相全桥单元，即滤波器与A相输入端、B相输入端、C相输入端连接。接何种滤波器都不影响本专利技术的工作原理。本专利技术的有益效果为：本专利技术将LLC谐振软开关技术与PFC技术融合，既可以达到功率因数校正（PFC）效果，也可以使原边侧开关管实现ZVS软开关。软开关技术可以避免由硬开关带来的各种电磁干扰问题，易于实现电路的高频化，同时有利于电路效率的提升。本专利技术的变换器能够将一个交流电压转换为希望得到的直流电压，同时可实现电气隔离，这个功能应用范围非常广泛，例如用于通讯用开关电源、电动汽车充电、LED驱动等。相比于传统的三相PFC整流器，本专利技术的三相隔离AC-DC变换器存在以下特点：1)传统的三相PFC整流器要实现降压输出，采用的是两级架构，前级实现升压型PFC，后级实现降压；而本专利技术的三相隔离AC-DC变换器则可用单级架构实现上述功能；2)传统的开关三相PFC型整流器为硬开关拓扑，开关损耗大，需要外加风扇或水冷装置实现散热；本专利技术的三相隔离AC-DC变换器为一种基于零电压开通ZVS和零电流关断ZCS软开关技术的拓扑，降低了系统开关损耗，有利于实现系统的密封型模块化设计；3)传统的三相PFC型整流器采用开关频率固定的调制方式；本专利技术的三相隔离AC-DC变换器采用开关频率变化的调制方式，以满足回路中谐振器件的工作条件；4)传统的三相PFC型整流器是基于Boost升压电路原理，要求输出电压高于输入的线电压峰值；本专利技术的三相隔离AC-DC变换器既可实现升压，也可实现降压；5)传统的三相PFC型整流器采用三个输入电感，且由于开关频率较低导致磁性元件发热较大，三个电感的感值和体积都较大；而本专利技术的三相隔离AC-DC变换器工作在高频条件下，只用一个高频谐振电感及高频变压器的组合，且这两个器件由于工作在高频状态，参数和体积都比较小，有利于降低系统体积和成本。附图说明图1（a）是本专利技术一个实施例的电路拓扑图，图1（b）-图1（e）是本专利技术其他实施例的电路拓扑图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三相隔离AC-DC变换器，其特征在于：包括A相输入端、B相输入端、C相输入端、三相全桥单元、LLC谐振网络和输出整流单元；/n其中，三相全桥单元包括A相上桥臂开关管单元、B相上桥臂开关管单元、C相上桥臂开关管单元、A相下桥臂开关管单元、B相下桥臂开关管单元和C相下桥臂开关管单元，LLC谐振网络包括谐振电感、谐振电容、励磁电感和变压器；/nA相输入端、A相上桥臂开关管单元一端、A相下桥臂开关管单元一端连接在一起，B相输入端、B相上桥臂开关管单元一端、B相下桥臂开关管单元一端连接在一起，C相输入端、C相上桥臂开关管单元一端、C相下桥臂开关管单元一端连接在一起；A相上桥臂开关管单元另一端、B相上桥臂开关管单元另一端、C相上桥臂开关管单元另一端、谐振电容Cr一端连接在一起，A相下桥臂开关管单元另一端、B相下桥臂开关管单元另一端、C相下桥臂开关管单元另一端、谐振电感一端连接在一起；谐振电容另一端、励磁电感一端、变压器原边侧一端连接在一起，谐振电感另一端、励磁电感另一端、变压器原边侧另一端连接在一起；变压器副边侧与输出整流单元连接；/nA相上桥臂开关管单元、B相上桥臂开关管单元、C相上桥臂开关管单元、A相下桥臂开关管单元、B相下桥臂开关管单元、C相下桥臂开关管单元分别为一对反接串联开关管。/n...

【技术特征摘要】
1.一种三相隔离AC-DC变换器，其特征在于：包括A相输入端、B相输入端、C相输入端、三相全桥单元、LLC谐振网络和输出整流单元；
其中，三相全桥单元包括A相上桥臂开关管单元、B相上桥臂开关管单元、C相上桥臂开关管单元、A相下桥臂开关管单元、B相下桥臂开关管单元和C相下桥臂开关管单元，LLC谐振网络包括谐振电感、谐振电容、励磁电感和变压器；
A相输入端、A相上桥臂开关管单元一端、A相下桥臂开关管单元一端连接在一起，B相输入端、B相上桥臂开关管单元一端、B相下桥臂开关管单元一端连接在一起，C相输入端、C相上桥臂开关管单元一端、C相下桥臂开关管单元一端连接在一起；A相上桥臂开关管单元另一端、B相上桥臂开关管单元另一端、C相上桥臂开关管单元另一端、谐振电容Cr一端连接在一起，A相下桥臂开关管单元另一端、B相下桥臂开关管单元另一端、C相下桥臂开关管单元另一端、谐振电感一端连接在一起；谐振电容另一端、励磁电感一端、变压器原边侧一端连接在一起，谐振电感另一端、励磁电感另一端、变压器原边侧另一端连接在一起；变压器副边侧与输出整流单元连接；
A相上桥臂开关管单元、B相上桥臂开关管单元、C相上桥臂开关管单元、A相下桥臂开...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘斌，李伦全，江良星，周涛，
申请(专利权)人：南昌杜迪电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36