基于单相三电平伪图腾柱式的直流充电器制造技术

基于单相三电平伪图腾柱式的直流充电器，该直流充电器包括伪图腾柱桥臂、滤波电路、双回路带双向开关管的单相整流桥；伪图腾柱桥臂包括开关管S

【技术实现步骤摘要】
基于单相三电平伪图腾柱式的直流充电器
本专利技术涉及电力电子电能变换
，具体涉及一种基于单相三电平伪图腾柱式的直流充电器。
技术介绍
经济的快速发展带来了严峻的环境、能源问题。如何提高电源的效率、节省能源的消耗成为人类共同关心的问题。直流充电器作为单相交流电网与直流设备的接口电路，其性能对交流电网和直流设备起着重要作用，直流充电器作为电动汽车等交通工具的充电设备，具有广阔的应用场景。直流充电设备的功率因数低、电流谐波高，会对电网污染严重，受到人们的广泛关注，其中，三电平单位功率因数校正的直流充电器与两电平直流充电器相比具有功率器件电压应力小、电流谐波低、等效开关频率高的优点。近年来三电平结构被广泛的应用于各类电力电子系统中，特别是高压大功率交流变直流的充电桩领域。
技术实现思路
本专利技术采用双回路单开关双向管结构，并结合伪图腾柱式结构而提供一种基于单相三电平伪图腾柱式的直流充电器，该直流充电器省去了导通回路中二极管的导通数量，有效降低了功率器件的导通损耗；同时电路中以双回路单开关双向管实现电流的双向流动，从而达到三电平电压输出的目的，降低了开关电压应力且无桥臂直通隐患，提高直流充电电路的可靠性和效率。本专利技术采取的技术方案为：基于单相三电平伪图腾柱式的直流充电器，该直流充电器包括：伪图腾柱桥臂、滤波电路、双回路带双向开关管的单相整流桥；所述伪图腾柱桥臂包括开关管S1、S2，二极管D3、D4；所述滤波电路包括电感L1、L2；所述双回路带双向开关管的单相整流桥包括二极管D1、D2，一对双向开关管，电容C1、C2，负载RL；双向开关管包括开关管S3，二极管D5、D6、D7、D8，开关管S4，二极管D9、D10、D11、D12；交流电源us一侧分别连接二极管D1阳极、二极管D2阴极；交流电源us另一侧分别连接电感L1一端、电感L2一端；电感L1另一端分别连接开关管S1漏极、二极管D3阳极、二极管D5阳极、二极管D6阴极；电感L2另一端分别连接开关管S2源极、二极管D4阳极、二极管D9阳极、二极管D10阴极；开关管S3漏极分别连接二极管D5阴极、二极管D7阴极，开关管S3源极分别连接二极管D6阳极、二极管D8阳极；开关管S4漏极分别连接二极管D9阴极、二极管D11阴极，开关管S4源极分别连接二极管D10阳极、二极管D12阳极；二极管D1阴极分别连接二极管D3阴极、开关管S2漏极、电容C1正极；二极管D2阳极分别连接二极管D4阳极、开关管S1源极、电容C2负极；电容C1负极分别连接二极管D7阳极、二极管D8阴极、二极管D11阳极、二极管D12阴极、电容C2正极；负载RL两端分别连接电容C1正极、电容C2负极。所述伪图腾柱桥臂由开关管S1、S2和二极管D3、D4组成一对整流桥臂，每支桥臂包括1个功率开关器件，1个钳位二极管。所述双回路带双向开关管的单相整流桥包含两个相同结构的双向开关管，与电感L1相连的双向开关管为上双向开关管，与电感L2相连的双向开关管为下双向开关管；上下双向开关管均由4个二极管和一个全控型开关管组成。所述双回路带双向开关管的单相整流桥包含双回路的单开关双向开关管，分别与两并联电感L1、L2连接，用于控制电感电流在电容之间的双向流通，实现桥臂之间的三电平输出。所述开关管S1～S4均为带有体二极管的MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管)或IGBT(绝缘栅双极型晶体管)。该直流充电器电路在交流电源的一端并联两个相同的电感，双管结构升压变换器使得部分开关管电压/电流应力较低，开关管的导通损耗小，电压增益更高。该直流充电器的整流桥臂采用了伪图腾住式结构，保留伪图腾柱式结构不存在桥臂直通隐患、无开关管体二极管反向恢复问题，可靠性高、效率高等优点。本专利技术一种基于单相三电平伪图腾柱式的直流充电器，具有如下有益效果：1)本专利技术采用了伪图腾柱式结构，保留了伪图腾柱整流器无桥臂直通隐患、无开关管体二极管反向恢复问题、可靠性高、效率高等优点。2)本专利技术采用的双向开关管由1个全控器件和4个二极管组成，结构简单，降低了成本，减小了驱动的复杂性。3)本专利技术将伪图腾柱结构与三电平整流器相结合，在传统的伪图腾整流器的基础上，增加一组二极管桥臂和双向开关管，降低了开关应力，解决了开关管耐压高的问题，适合高压输出场合。4)本专利技术采用双回路带单开关的双向开关管分别与电感L1、L2相连，任一双向开关管的损坏不会影响电路的三电平输出，使得电路的可靠性大大提高。5)该基于单相三电平伪图腾柱式的直流充电器，融合伪图腾柱整流技术及三电平拓扑技术，相对于传统的升压功率因数校正直流充电器，能有效地降低开关管的应力，开关管的导通损耗小，且不存在桥臂直通现象；同时由于电路中存在双回路双向开关管，电路的可靠性被大大的提高。附图说明图1为本专利技术一种基于单相三电平伪图腾柱式的直流充电器主拓扑结构图。图2为本专利技术一种基于单相三电平伪图腾柱式的直流充电器工作状态阶段图一。图3为本专利技术一种基于单相三电平伪图腾柱式的直流充电器工作状态阶段图二。图4为本专利技术一种基于单相三电平伪图腾柱式的直流充电器工作状态阶段图三。图5为本专利技术一种基于单相三电平伪图腾柱式的直流充电器工作状态阶段图四。图6为本专利技术一种基于单相三电平伪图腾柱式的直流充电器工作状态阶段图五。图7为本专利技术一种基于单相三电平伪图腾柱式的直流充电器工作状态阶段图六。图8为本专利技术一种基于单相三电平伪图腾柱式的直流充电器中开关管S1～S4对应的脉冲分配图。图9为本专利技术一种基于单相三电平伪图腾柱式的直流充电器稳定状态下输入侧电压电流波形图。图10为本专利技术一种基于单相三电平伪图腾柱式的直流充电器稳定状态下电感L1的电流波形图。图11为专利技术一种基于单相三电平伪图腾柱式的直流充电器稳定状态下电感L2的电流波形图。图12为本专利技术一种基于单相三电平伪图腾柱式的直流充电器稳定状态下电压uB1O波形图。图13为本专利技术一种基于单相三电平伪图腾柱式的直流充电器稳定状态下电压uB2O波形图。图14为本专利技术一种基于单相三电平伪图腾柱式的直流充电器稳定状态下直流输出电压udc波形图。具体实施方式如图1所示，一种基于单相三电平伪图腾柱式的直流充电器，该直流充电器包括一对伪图腾柱桥臂、滤波电路、带双向开关管的单相整流桥。一对伪图腾柱桥臂结构包括两个全控功率开关管S1、S2，2个二极管D3、D4，由开关器件和二极管组成一对整流桥臂，每支桥臂包括1个功率开关器件，1个钳位二极管。S1漏极与电感L1和二极管D3阳极相连于节点B1，S2源极与电感L2和二极管D4阴极相连于节点B2。所述滤波电路由滤波电感L1和L2组成，两个电感完全一致，分别与全控功率开关管S1的漏极、S2的源极相连，另一端并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于单相三电平伪图腾柱式的直流充电器，其特征在于该直流充电器包括：/n伪图腾柱桥臂、滤波电路、双回路带双向开关管的单相整流桥；/n所述伪图腾柱桥臂包括开关管S

【技术特征摘要】
1.基于单相三电平伪图腾柱式的直流充电器，其特征在于该直流充电器包括：
伪图腾柱桥臂、滤波电路、双回路带双向开关管的单相整流桥；
所述伪图腾柱桥臂包括开关管S1、S2，二极管D3、D4；
所述滤波电路包括电感L1、L2；
所述双回路带双向开关管的单相整流桥包括二极管D1、D2，一对双向开关管，电容C1、C2，负载RL；
双向开关管包括开关管S3，二极管D5、D6、D7、D8，开关管S4，二极管D9、D10、D11、D12；
交流电源us一侧分别连接二极管D1阳极、二极管D2阴极；交流电源us另一侧分别连接电感L1一端、电感L2一端；
电感L1另一端分别连接开关管S1漏极、二极管D3阳极、二极管D5阳极、二极管D6阴极；
电感L2另一端分别连接开关管S2源极、二极管D4阳极、二极管D9阳极、二极管D10阴极；
开关管S3漏极分别连接二极管D5阴极、二极管D7阴极，开关管S3源极分别连接二极管D6阳极、二极管D8阳极；
开关管S4漏极分别连接二极管D9阴极、二极管D11阴极，开关管S4源极分别连接二极管D10阳极、二极管D12阳极；
二极管D1阴极分别连接二极管D3阴极、开关管S2漏极、电容C1正极；
二极管D2阳极分别连接二极管D4阳极、开关管S1源极、电容C2负极；
电容C1负极分别连接二极管D7阳极、二极管D8阴极、二极管D11阳极、二极管D12阴极、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所述基于单相三电平伪图腾柱式的直流充电器，其特征在于：所述伪图腾柱桥臂由开关管S1、S2和二极管D3、D4组成一对整流桥臂，每支桥臂包括1个功率开关器件，1个钳位二极管。


3.根据权利要求1所述基于单相三电平伪图腾柱式的直流充电器，其特征在于：所述双回路带双向开关管的单相整流桥包含两个相同结构的双向开关管，与电感L1相连的双向开关管为上双向开关管，与电感L2相连的双向开关管为下双向开关管；上下双向开关管均由4个二极管和一个全控型开关管组成。


4.根据权利要求1所...

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