基于单相II型三电平伪图腾柱的直流充电器制造技术

基于单相II型三电平伪图腾柱的直流充电器，该直流充电器包括伪图腾柱桥臂、滤波电路、单相II型整流桥；所述伪图腾柱桥臂包括开关管S

【技术实现步骤摘要】
基于单相II型三电平伪图腾柱的直流充电器
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II型三电平伪图腾柱的直流充电器。
技术介绍
电动汽车等电动交通工具有能源利用率高，清洁无污染等优点，但为其充电的充电设备发展缓慢，同时交流、直流充电形式和不同功率等级的充电器在充电过程带来不同的充电速度慢级安全问题。另外，充电设备功率因数过低会加重电网的负载或者说会造成电网容量的浪费。国际电工委员会对各类交流变换直流的充电电源电流所含的谐波成分作了严格的限制标准。其中，伪图腾柱两电平功率因数校正电路与传统无桥功率因数校正电路相比，具有高效率、无桥臂直通等优点，但是该电路使得器件承受电网的全部电压，选择元器件时成本较高，同时限制了两电平直流充电器在中、高压功率直流充电设备场景下的应用。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于单相II型三电平伪图腾柱的直流充电器，将传统的伪图腾柱式结构与三电平整流桥结合，该直流充电器提高了电路的可靠性、降低开关电压应力、提高电流正弦度、降低了谐波含量，在单相电网应用场景下的直流充电设备具有明显的竞争优势。本专利技术采取的技术方案为：基于单相II型三电平伪图腾柱的直流充电器，该直流充电器包括：伪图腾柱桥臂、滤波电路、单相II型整流桥、；所述伪图腾柱桥臂包括开关管S1、S2，二极管D3、D4；所述滤波电路包括滤波电感L1、L2；所述单相II型整流桥包括二极管D1、D2，一对双向开关管，电容C1、C2，负载RL；一对双向开关管包括开关管S3～S6；交流电源us一端分别连接二极管D1阳极、二极管D2阴极，交流电源us另一端分别连接滤波电感L1一端、滤波电感L2一端；滤波电感L1另一端分别连接二极管D3阳极、开关管S3源极、开关管S1漏极；滤波电感L2另一端分别连接二极管D4阴极、开关管S2源极、开关管S5源极；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阳极分别连接开关管S1源极、二极管D4阳极、电容C2负极；开关管S3漏极连接开关管S4漏极，开关管S5漏极连接开关管S6漏极；开关管S4源极分别连接开关管S6源极、电容C1负极、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组成一对不对称的整流桥臂，每支整流桥臂包括一个功率开关管，功率开关管带有一个钳位二极管。该直流充电器包含有II型两开关串联双向开关管支路结构，由2个反向串联的全控型开关管组成，与电感L1相连的两开关串联双向开关管S3、S4为上双向开关管，与电感L2相连的两开关串联双向开关管S5、S6为下双向开关管。所述开关管S1～S6均为带有体二极管的MOSFET、或者IGBT。单相II型整流桥中包含两个相同结构的两开关管串联式双向开关，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。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。该直流充电器中的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II型三电平伪图腾柱的直流充电器，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)、本专利技术将伪图腾柱结构与三电平整流桥相结合，在传统的伪图腾整流器的基础上，增加一组二极管桥臂和II型两开关串联式双向开关，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。3)、本专利技术采用两开关串联式双向开关支路分别与电感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。4)、本专利技术基于单相II型三电平伪图腾柱的直流充电器，融合伪图腾柱整流技术及三电平拓扑技术，相对于传统升压功率因数校正型的两电平直流充电器，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II型两开关管串联式双向开关支路，直流充电电路的可靠性被大大提高。附图说明图1为本专利技术一种基于单相II型三电平伪图腾柱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II型三电平伪图腾柱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II型三电平伪图腾柱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II型三电平伪图腾柱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II型三电平伪图腾柱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II型三电平伪图腾柱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II型三电平伪图腾柱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II型三电平伪图腾柱的直流充电器中开关管S1～S6对应的脉冲分配图。图9为本专利技术一种基于单相II型三电平伪图腾柱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II型三电平伪图腾柱的直流充电器稳定状态下电感L1的电流波形图；图11为本专利技术一种基于单相II型三电平伪图腾柱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II型三电平伪图腾柱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II型三电平伪图腾柱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II型三电平伪图腾柱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II型三电平伪图腾柱的直流充电器，该直流充电器包括一对伪图腾柱桥臂、滤波电路、单相II型整流桥、II型两开关管串联式双向开关支路、直流侧上下分裂电容。一对伪图腾柱桥臂结构包括两个全控功率开关管S1、S2，2个普通二极管D3、D4，由全控功率开关管S1、S2和二极管D3、D4组成一对不对称的整流桥臂，每支桥臂包括1个功率开关器件，1个钳位二极管。S1漏极、电感L1、二极管D3阳极相连于节点B1，S2源极、电感L2、二极管D4阴极相连于节点B2。滤波电路由滤波电感L1、L2组成，滤波电感L1、L2完全一致，滤波电感L1另一端、滤波电感L2另一端分别与全控开关管S1的漏极、S2的源极相连，滤波电感L1、L2一端并联接在交流电源us的正极上，定义交流电源us的负极为节点O。单相II型整流桥由2个二极管D1、D2、一对双向开关管以及2个电容C1、C2和一个负载RL组成。其中，二极管D1阳极连接二极管D2阴极，二极管D1、D2连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于单相II型三电平伪图腾柱的直流充电器，其特征在于该直流充电器包括：/n伪图腾柱桥臂、滤波电路、单相II型整流桥、；/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II型三电平伪图腾柱的直流充电器，其特征在于该直流充电器包括：
伪图腾柱桥臂、滤波电路、单相II型整流桥、；
所述伪图腾柱桥臂包括开关管S1、S2，二极管D3、D4；
所述滤波电路包括滤波电感L1、L2；
所述单相II型整流桥包括二极管D1、D2，一对双向开关管，电容C1、C2，负载RL；
所述一对双向开关管包括开关管S3～S6；
交流电源us一端分别连接二极管D1阳极、二极管D2阴极，交流电源us另一端分别连接滤波电感L1一端、滤波电感L2一端；
滤波电感L1另一端分别连接二极管D3阳极、开关管S3源极、开关管S1漏极；
滤波电感L2另一端分别连接二极管D4阴极、开关管S2源极、开关管S5源极；
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阳极分别连接开关管S1源极、二极管D4阳极、电容C2负极；
开关管S3漏极连接开关管S4漏极，开关管S5漏极连接开关管S6漏极；
开关管S4源极分别连接开关管S6源极、电容C1负极、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II型三电平伪图腾柱的直流充电器，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组成一对不对称的整流桥臂，每支整流桥臂包括一个功率开关管，功率开关管带有一个钳位二极管。


3.根据权利要求1所述基于单相II型三电平伪图腾柱的直流充电器，其特征在于：该直流充电器包含有II型两开关串联双向开关管支路结构，由2个反向串联的全控型开关管组成，与电感L1相连的两开关串联双向开关管S3、S4为上双向开关管，与电感L2相连的两开关串联双向开关管S5、S6为下双向开关管。


4.根据权利要求1所述基于单相II型三电平伪图腾柱的直流充电器，其特征在于：所述开关管S1～S6均为带有体二极管的MOSFET、或者IGBT。

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【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