二极管桥臂并联型的三电平整流充电器制造技术

二极管桥臂并联型的三电平整流充电器，该整流充电器包括开关管S

【技术实现步骤摘要】
二极管桥臂并联型的三电平整流充电器
本专利技术涉及电力变换
，具体涉及一种二极管桥臂并联型的三电平整流充电器。
技术介绍
传统的两电平整流器所承受的电压应力高、输入电流谐波大，因此多电平整流器应用将越来越广。相比较两电平的整流器，三电平整流器具有更多的电平数，因此其输入PWM波形更加接近正弦波；在开关频率相同时，三电平整流器具有更少的高次谐波，更低的开关损耗；三电平整流器具有开关损耗低和谐波含量低、并且电容承受电压仅为直流电压一半，能显著地降低开关管电压应力。
技术实现思路
本专利技术提供一种二极管桥臂并联型的三电平整流充电器，设计有并联的开关管桥臂结构，具备可靠性较高，功率等级更高，输入电流高次谐波含量小，开关管电压应力低的优点。本专利技术采取的技术方案为：二极管桥臂并联型的三电平整流充电器，该整流器包括：开关管S1、S2、Sa1、Sa2、Sb1、Sb2，二极管Da1、Da2、Da3、Da4、Db1、Db2、Db3、Db4，电感L1、L2，电容C1、C2；交流电源ug一端分别连接开关管S1源极、开关管S2漏极；交流电源ug另一端分别连接电感L1一端、电感L2一端；电感L1另一端分别连接二极管Da2阳极、二极管Da3阴极；电感L2另一端分别连接二极管Db2阳极、二极管Db3阴极；二极管Da2阴极分别连接二极管Da1阳极、开关管Sa1漏极；二极管Da3阳极分别连接二极管Da4阴极、开关管Sa2源极；二极管Db2阴极分别连接二极管Db1阳极、开关管Sb1漏极；二极管Db3阳极分别连接二极管Db4阴极、开关管Sb2源极；开关管S1漏极分别连接二极管Da1阴极、二极管Db1阴极、电容C1正极；开关管S2源极分别连接二极管Da4阳极、二极管Db4阳极、电容C2负极；电容C1负极分别连接开关管Sa1源极、开关管Sa2漏极、开关管Sb1源极、开关管Sb2漏极、电容C2正极；负载RL两端分别连接电容C1正极、电容C2负极。所述电容C1、C2为串联分裂电容，串联分裂电容C1、C2组成直流母线，每个电容承受直流母线电压Udc的一半，实现三电平中的±0.5Udc电平。所述开关管S1、S2、Sa1、Sa2、Sb1、Sb2为全控型功率器件绝缘栅型双极晶体管IGBT、或者电力场效应管MOSFET。所述开关管S1、S2、Sa1、Sa2、Sb1、Sb2均反向并联了二极管。本专利技术一种二极管桥臂并联型的三电平整流充电器，具有如下有益效果：1)、本专利技术一种二极管桥臂并联型的三电平整流充电器，具有电感连接的并联二极管桥臂结构，本专利技术应用到两个双向开关管结构单元，两个双向开关分别由开关管Sa1、Sa2、二极管Da1、Da2、Da3、Da4和开关管Sb1、Sb2、二极管Db1、Db2、Db3、Db4组成，主要功能是实现±0.5Udc电压流通路径。本专利技术拓扑具有双升压、整流、三电平功率因数校正的特点。2)、本专利技术三电平整流充电器拓扑，具有电感连接的并联二极管桥臂结构，此串联二极管桥臂单元模块可用作三电平模块化的功率单元结构。3)、本专利技术在单位功率因数校正拓扑中，并联了两个串联二极管桥臂组成的三电平结构，在整流器拓扑中具有两个升压电路单元，具有双升压特点。另外，拓扑结构中两个电感分别连接两个串联二极管桥臂，任何一个桥臂发生故障情况下，整流器仍能正常工作，提高了电路工作可靠性，并且能在较高功率等级场合下工作。4)、本专利技术提出二极管和全控器件相融合的两个串联二极管桥臂三电平结构，该结构具有可靠性高、功率较大、工作时开关频率较高，这样相对于传统两电平结构减小了输入电流纹波。5)、本专利技术三电平整流充电器拓扑，采用三电平结构,该结构具有较大的功率密度，较小的电压应力，一定程度上延长了开关管的使用寿命。6)、本专利技术三电平整流充电器，在一个交流输入周期内存在六个工作模态,该拓扑结构六个模态中两个并联开关管钳位支路上开关管触发脉冲分配一致，一定程度上简化了控制难度。附图说明图1为本专利技术一种二极管桥臂并联型的三电平整流充电器主拓扑结构图。图2为本专利技术一种二极管桥臂并联型的三电平整流充电器工作模式一图。图3为本专利技术一种二极管桥臂并联型的三电平整流充电器工作模式二图。图4为本专利技术一种二极管桥臂并联型的三电平整流充电器工作模式三图。图5为本专利技术一种二极管桥臂并联型的三电平整流充电器工作模式四图。图6为本专利技术一种二极管桥臂并联型的三电平整流充电器工作模式五图。图7为本专利技术一种二极管桥臂并联型的三电平整流充电器工作模式六图。图8(a)为本专利技术稳态交流输入电压ug、交流输入电流ig波形图。图8(b)为本专利技术稳态输出电压UaN、UbN波形图。图8(c)为本专利技术稳态输出电压Udc波形图。图9(a)为本专利技术开关管开关脉冲电压Ug1、Ug2波形图。图9(b)为本专利技术开关管开关脉冲电压Uga1、Uga2波形图。图9(c)为本专利技术开关管开关脉冲电压Ugb1、Ugb2波形图。图10为本专利技术电感L1、L2电流iL1、iL2波形图。图11为本专利技术直流分裂电容C1、C2电压UC1、UC2波形图。具体实施方式如图1所示，一种二极管桥臂并联型的三电平整流充电器，该整流充电器左侧为一个开关管桥臂S1、S2，该整流充电器右侧为两个二极管串联桥臂和开关管钳位支路并联组成的三电平结构。本专利技术整流充电器包括开关管Sa1、Sa2、二极管Da1、Da2、Da3、Da4和开关管Sb1、Sb2、二极管Db1、Db2、Db3、Db4，交流电源ug，电感L1、L2，电容C1、C2；整流充电器左侧为开关管桥臂S1、S2，右侧为两个二极管串联桥臂Da1、Da2、Da3、Da4，开关管钳位支路Sa1、Sa2和二极管串联桥臂Db1、Db2、Db3、Db4和开关管钳位支路Sb1、Sb2并联组成的三电平电路。串联分裂电容C1、C2组成直流母线，电容容值相等，每个电容承受直流母线电压Udc的一半，形成母线电压一半的中点，实现±0.5Udc电平。两个双向开关分别由开关管两个双向开关分别由开关管Sa1、Sa2、二极管Da1、Da2、Da3、Da4和开关管Sb1、Sb2、二极管Db1、Db2、Db3、Db4组成，主要功能是实现±0.5Udc电压流通路径。交流电源ug右侧连接电感L1、L2；电感L1连接于二极管串联桥臂Da1、Da2、Da3、Da4上，交点为节点a；电感L2连接于二极管串联桥臂Db1、Db2、Db3、Db4上，交点为节点b；交流电源ug左侧与开关管桥臂S1、S2连接，交点为节点N；开关管S1漏极、二极管Da1阴极、二极管Db1阴极以及电容C1正极连接，交点为节点p；开关管S2源极、二极管Da4阳极、Db4阳极与电容C2负极连接于节点m；<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.二极管桥臂并联型的三电平整流充电器，其特征在于该整流器包括：/n开关管S

【技术特征摘要】
1.二极管桥臂并联型的三电平整流充电器，其特征在于该整流器包括：
开关管S1、S2、Sa1、Sa2、Sb1、Sb2，二极管Da1、Da2、Da3、Da4、Db1、Db2、Db3、Db4，电感L1、L2，电容C1、C2；
交流电源ug一端分别连接开关管S1源极、开关管S2漏极；
交流电源ug另一端分别连接电感L1一端、电感L2一端；
电感L1另一端分别连接二极管Da2阳极、二极管Da3阴极；
电感L2另一端分别连接二极管Db2阳极、二极管Db3阴极；
二极管Da2阴极分别连接二极管Da1阳极、开关管Sa1漏极；
二极管Da3阳极分别连接二极管Da4阴极、开关管Sa2源极；
二极管Db2阴极分别连接二极管Db1阳极、开关管Sb1漏极；
二极管Db3阳极分别连接二极管Db4阴极、开关管Sb2源极；
开关管S1漏极分别连接二极管Da1阴极、二极管Db1阴极、电容C1正极；
开关管S2源极分别连接二极管Da4阳极、二极管Db4阳极、电容C2负极；
电容C1负极分别连接开关管Sa1源极、开关管Sa2漏极、开关管Sb1源极、开关管Sb2漏极、电容C2正极；
负载RL两端分别连接电容C1正极、电容C2负极。


2.根据权利要求1所述二极管桥臂并联型的三电平整流充电器，其特征在于：所述电容C1、C2为串联分裂电容，串联分裂电容C1、C2组成直流母线，每个电容承受直流母线电压Udc的一半，实现三电平中的±0.5Udc电平。


3.根据权利要求1所述二极管桥臂并联型的三电平整流充电器，其特征在于：所述开关管S1、S2、Sa1、Sa2、Sb1、Sb2为全控型功率器件绝缘栅型双极晶体管IGBT、或者电力场效应管MOSFET。


4.根据权利要求1所述二极管桥臂并联型的三电平整流充电器，其特征在于：所述开关管S1、S2、Sa1、Sa2、Sb1、Sb2均反向并联了二极管。


5.根据权利要求1～4所述任意一项二极管桥臂并联型的三电平整流充电器，其特征在于：
(1)工作模式一：
电网电压ug>0V，电压UaN＝UbN＝0V；a点所在二极管桥臂的二极管Da1导通、Da2导通；b点所在二极管桥臂的二极管Db1导通、Db2导通；左侧开关管桥臂开关管S1导通，其余半导体器件均关断；此时，电网电流ig分别通过电感L1、L2流过并联二极管桥臂的二极管Da2、Da1和二极管Db2、Db1，后通过开关管S1形成通路；同时，电容C1、C2放电对负载RL供电；交流电源ug对电感L1、L2充电，电感L1、L2储能，其电流iL1、iL1线性增加；
(2)工作模式二：
电网电压ug>0V，电压UaN＝UbN＝Udc/2；a点所在二极管桥臂的二极管Da2导通，开关管钳位支路上开关管Sa1导通；b点所在二极管桥臂的二极管Db2导通，开关管钳位支路上开关管Sb1导通；左侧开关管桥臂开关管S2体二极管...

【专利技术属性】
技术研发人员：马辉，敬成，徐甜川，刘昊邦，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42