基于T型选择单元的混合多电平AC-DC变换器制造技术

本发明专利技术涉及基于T型选择单元的混合多电平AC‑DC变换器，包括整流单元和T型多电平选择单元，所述整流单元包括二极管D

【技术实现步骤摘要】
基于T型选择单元的混合多电平AC-DC变换器
本专利技术属于AC-DC变换器领域，具体涉及一种基于T型选择单元的混合多电平AC-DC变换器。
技术介绍
传统的多电平变换器应用H桥级联的方式实现多电平，但电路结构中需要较多的二极管及开关管，这样导致电路结构在实际应用中损耗较高且控制复杂，同时电路结构不具有混合整流的功能，无法保证对负载可靠地供电。为解决上述问题，一方面需要减小开关器件的数量，另一方面需要将现有的电路结构进行改进，使其可以实现多电平混合整流，保证对外具有可靠的供电输出。公开号为CN109149986的专利技术申请“一种类三电平混合式模块化多电平变换器及其控制方法”公开了一种多电平变换器的电路拓扑结构，但电路拓扑结构依然采用H桥型的多电平形式，并没有从根本上解决存在的问题。因此，研究一种基于T型单元的混合型三电平AC-DC变换器，该变换器具有较少的开关器件，且可以实现多电平混合整流，从根本上解决了已有拓扑结构存在的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述问题，提供一种基于T型选择单元的混合多电平AC-DC变换器，3个源极互相连接的开关管形成T型多电平选择单元，T型多电平选择单元与整流单元的一个整流桥臂的中点连接，T型多电平选择单元的其中2个开关管的漏极均经电感与交流电源连接，通过T型多电平选择单元的3个开关管的开关控制，实现多电平的功率路径选择和混合整流。本专利技术的技术方案是基于T型选择单元的混合多电平AC-DC变换器，包括连接的整流单元和T型多电平选择单元。<br>所述整流单元包括二极管D1、D2、D3、D4，二极管D2的阴极与二极管D1的阳极连接，二极管D4的阴极与二极管D3的阳极连接，二极管D1的阴极分别与开关管S1的漏极、二极管D3的阴极连接；二极管D2的阳极分别与开关管S1的源极、二极管D4的阳极连接。所述T型多电平选择单元包括开关管S2、S3、S4，开关管S2的源极分别与开关管S3的源极、开关管S4的源极连接；开关管S2的漏极与二极管D3的阳极连接，开关管S3的漏极与二极管D4的阴极连接。开关管S2的漏极、源极之间反并联二极管D8，开关管S3的漏极、源极之间反并联二极管D9，开关管S4的漏极、源极之间反并联二极管D7。电容C1、C2串联，电容C1与电容C2的连接端记为n点，电容C1另一端与二极管D5的阴极连接，电容C2另一端与二极管D6的阳极连接，二极管D5的阳极与二极管D3的阴极连接，二极管D6的阴极与二极管D4的阳极连接；电感L一端与二极管D3的阳极连接，电感L另一端连接交流电源。进一步地，开关管S1的漏极、源极反并联二极管D10。优选地，所述开关管S1、S2、S3、S4均为绝缘栅型双极晶体管IGBT。二极管D3、D4的连接端记为a点，二极管D1、D2的连接端记为b点，二极管D3的阴极记为c点，二极管D4的阳极记为d点，Uab为a、b点电压，Udc为d、c点电压，Uab的电压值为三电平0、Udc/2、Udc其中之一，通过控制开关管S1、S2、S3、S4，对Uab的电压值进行选择。单个工频周期内，通过控制开关管S1、S2、S3、S4，所述混合多电平AC-DC变换器具有7个工作模态，具体如下：工作模态1：整流输入电压UN>0V，整流输入电流IN>0V，二极管D2、D3导通，开关管S1导通，三电平电压Uab＝0V，电容C1、C2对负载进行续流；工作模态2：整流输入电压UN>0V，整流输入电流IN>0V，二极管D2、D6、D7导通，开关管S2导通，三电平电压Uab＝Udc/2，电容C1对负载进行续流，电容C2充电；工作模态3：整流输入电压UN>0V，整流输入电流IN>0V，二极管D2、D6、D7导通，开关管S3导通，三电平电压Uab＝Udc/2，电容C1对负载进行续流，电容C2充电；工作模态4：整流输入电压UN>0V，整流输入电流IN<0V，二极管D2、D3、D5、D6导通，开关管S1、S2、S3、S4均关断，三电平电压Uab＝Udc，交流电源对负载供电，电容C1、C2充电；工作模态5：整流输入电压UN<0V，整流输入电流IN<0V，二极管D1、D4导通，开关管S1导通，三电平电压Uab＝0V，电容C1、C2对负载进行续流；工作模态6：整流输入电压UN<0V，整流输入电流IN<0V，二极管D1、D5、D8、D9导通，开关管S4导通，三电平电压Uab＝-Udc/2，交流电源对负载进行供电，电容C1充电；工作模态7：整流输入电压UN<0V，整流输入电流IN<0V，二极管D1、D4、D5、D6导通，开关管S1、S2、S3、S4关断，三电平电压Uab＝-Udc，交流电源对负载供电，电容C1、C2充电。相比现有技术，本专利技术的有益效果包括：1)本专利技术采用T型的多电平选择单元与整流桥臂连接，实现了多电平混合整流，本专利技术的AC-DC变换器可靠性高，灵活性好，可用于不同电压、功率等级的应用场景；2)本专利技术的AC-DC变换器共有7个工作模态，具有保障变换器输出的冗余工作模态，相比现有的隔离型多电平变换器，具有更高的可靠性；3)本专利技术的AC-DC变换器的关键工作模态存在可相互替换的双回路，变换器的输出稳定性好；4)T型多电平选择单元不导通时，本专利技术的AC-DC变换器即实现H型整流桥整流器的电压变换，为用户提供更多的输出电压选择；5)本专利技术的AC-DC变换器具有高效、低纹波、低应力、低电磁干扰的特点，可应用于新能源微电网、电动汽车、UPS和柔性直流输电等新型整流领域。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为本专利技术实施例的整流单元的示意图。图2为本专利技术实施例的T型多电平选择单元的示意图。图3为本专利技术实施例的AC-DC变换器的示意图。图4为本专利技术实施例的AC-DC变换器的工作模态1的示意图。图5为本专利技术实施例的AC-DC变换器的工作模态2的示意图。图6为本专利技术实施例的AC-DC变换器的工作模态3的示意图。图7为本专利技术实施例的AC-DC变换器的工作模态4的示意图。图8为本专利技术实施例的AC-DC变换器的工作模态5的示意图。图9为本专利技术实施例的AC-DC变换器的工作模态6的示意图。图10为本专利技术实施例的AC-DC变换器的工作模态7的示意图。图11为本专利技术实施例的AC-DC变换器的电压Uab波形示意图。图12a为本专利技术实施例的交流电源的电压、电流波形示意图。图12b为本专利技术实施例的输出直流电压、电流波形示意图。图13a为本专利技术实施例的AC-DC变换器的切换过程的交流输入电压的波形示意图。图13b为本专利技术实施例的AC-DC变换器的切换过程的交流输入电流的波形示意图。图13c为本专利技术实施例的AC-DC变换器的切换过程的电压Uab的波形示意图。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于T型选择单元的混合多电平AC-DC变换器，其特征在于，包括整流单元和T型多电平选择单元，所述整流单元包括二极管D

【技术特征摘要】
1.基于T型选择单元的混合多电平AC-DC变换器，其特征在于，包括整流单元和T型多电平选择单元，所述整流单元包括二极管D1、D2、D3、D4，二极管D2的阴极与二极管D1的阳极连接，二极管D4的阴极与二极管D3的阳极连接，二极管D1的阴极分别与开关管S1的漏极、二极管D3的阴极连接；二极管D2的阳极分别与开关管S1的源极、二极管D4的阳极连接；
所述T型多电平选择单元包括开关管S2、S3、S4，开关管S2的源极分别与开关管S3的源极、开关管S4的源极连接；开关管S2的漏极、源极之间反并联二极管D8，开关管S3的漏极、源极之间反并联二极管D9，开关管S4的漏极、源极之间反并联二极管D7；
电容C1、C2串联，电容C1与电容C2的连接端记为n点，电容C1另一端与二极管D5的阴极连接，电容C2另一端与二极管D6的阳极连接，二极管D5的阳极与二极管D3的阴极连接，二极管D6的阴极与二极管D4的阳极连接；电感L一端与二极管D3的阳极连接，电感L另一端连接交流电源。


2.根据权利要求1所述的基于T型选择单元的混合多电平AC-DC变换器，其特征在于，二极管D3、D4的连接端记为a点，二极管D1、D2的连接端记为b点，二极管D3的阴极记为c点，二极管D4的阳极记为d点，Uab为a、b点电压，Udc为d、c点电压，Uab的电压值为三电平0、Udc/2、Udc其中之一，通过控制开关管S1、S2、S3、S4，对Uab的电压值进行选择。


3.根据权利要求1或2所述的基于T型选择单元的混合多电平AC-DC变换器，其特征在于，交流电源的单个周期内，通过控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：方萌，文中，鲁海鹏，崔岩，刘斐，郑连华，罗苏新，郭俊康，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42