双升压/双降压组合式交-交变换电路制造技术

一种双升压／双降压组合式交－交变换电路，属交－交变频技术。该电路包括电源、两个升压桥臂电路（１、３）、两个降压桥臂电路（５、７）、中间直流环节电路（４）、输出滤波电路（６），两个升压桥臂电路构成双升压式ＰＷＭ整流电路，在输入电流的正半周第二升压桥臂电路工作，在输入电流的负半周第一升压桥臂电路工作；两个降压桥臂电路构成双降压式电路，在输出电流的正半周第一降压桥臂电路工作，在输出电流的负半周第二降压桥臂电路工作。双升压式ＰＷＭ整流电路与双降压式电路都采用电流滞环控制方法，有自动限流能力并且动态响应快。适用于飞机变频电源以及ＵＰＳ、新能源发电、统一潮流控制、有源滤波等中大功率、要求高效率的场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种双升压/双降压组合式交-交变换电路，属电能变换装置 中的交-交变频技术。
技术介绍
日前，变频交流电源技术由于其存在系统部件少、结构简单、效率高、重量 轻、体积小、成本低、可靠性高、可维护性好等多方面的优点，在飞机交流电源、 静止无功补偿(SVG)、统一潮流控制器(UPFC)、超导磁能储存(SMES)、四 象限交流电机驱动、太阳能、风能等可再生能源的并网发电、有源电力滤波 (APF)、大容量UPS等多种场合都得到了广泛的应用。在现代化的飞机上，变频交流电源系统已经取代了传统的变速恒频电源系统 和恒速恒频电源系统。因变频交流电源系统只需经过一次能量变换，即发电机将 发动机的机械能转化为电能。从而避免了传统的技术需要经过两次能量变换的麻 烦。近年来，以美、欧为代表的世界各航空大国都加强了变频交流电源系统的研 究。大型民用机用电量大，且对频率变化没有要求可以直接使用变频交流电的用 电设备比例较高，变频交流电源系统显得更为优越，代表当前大型民机先进水平 的欧洲空客公司的A380和美国波音公司的B787飞机均采用了变频交流电源系 统。变频交流电源系统也是我国未来大型飞机电源系统的首选方案。目前国内外采用的PWM整流/逆变电路以半桥或全桥结构为主。该电路拓 扑的主要不足是开关管串联，存在开关管直通短路的隐患。同时该电路的续流 二极管为开关管的寄生二极管，它的反向恢复时间相当长，导致大的反向恢复损 耗。这两个问题使这种PWM交-交变换电路的可靠性和变换效率受到了影响。
技术实现思路
技术问题本专利技术的目的在于解决上述现有技术中存在的问题，提出一种新型的PWM交-交变换电路，该电路适用于可再生能源的并网发电、有源电力滤 波(APF)、大容量UPS以及新一代飞机变频电源等各种要求高稳定性、高效率 的场合。技术方案本专利技术是通过以下技术方案实现的一种双升压/双降压组合式交-交变换电路，包括输入电源、第一升压桥臂电 路、第二升压桥臂电路和第一降压桥臂电路、第二降压桥臂电路、中间直流环节 电路、输出滤波电路，中间直流环节电路包括第一电容和第二电容,第一电容与 第二电容串联，且串联点接地，其特征在于第一升压桥臂电路包括第一功率开 关管、第一电感、第一二极管，第一功率开关管的源极接第一二极管的阴极，两 者接头处引出线接第一电感的一端；第二升压桥臂电路包括第二功率开关管、第 二二极管、第二电感，第二功率开关管的漏极接第二二极管的阳极，两者接头处 引出线接第二电感的一端；第一功率开关管的漏极与第二二极管的阴极相连，第 一二极管的阳极与第二功率开关管的源极相连，第一电感的另一端与第二电感的 另一端相连接，且两者接头处引出线接电源；第二功率开关管的源极接第二电容 的另一端，第二二极管的阴极接第一电容的另一端；第一降压桥臂电路包括第三 功率开关管、第三电感、第三二极管，第三功率开关管的源极接第三二极管的阴 极，两者接头处引出线接第三电感的一端；第二降压桥臂电路包括第四功率开关 管、第四电感、第四二极管，第四功率开关管的漏极接第四二极管的阳极，两者 接头处引出线接第四电感的一端；第三功率开关管的漏极与第四二极管的阴极相 连，第三二极管的阳极与第四功率开关管的源极相连；第三电感的另一端和第四 电感的另一端相连接，两者接头处引出线接输出滤波电路；第二二极管的阴极接 第三功率开关管的漏极，第二功率开关管的源极与第三二极管的阳极相连接。本专利技术双升压/双降压组合式交-交变换电路，由前后两级构成。前级为双升 压式PWM整流电路，包括第一升压桥臂电路和第二升压桥臂电路，在输入电流 的正半周第二升压桥臂电路工作，在输入电流的负半周第一升压桥臂电路工作。 后级为双降压式电路，包括第一降压桥臂电路和第二降压桥臂电路，在输出电流 的正半周第一降压桥臂电路工作，在输出电流的负半周第二降压桥臂电路工作。前后两级都采用电流滞环控制方法，电路适用于飞机变频电源以及UPS、新能源发电、统一潮流控制、有源滤波等中大功率、要求高效率的场合。 本专利技术既可以实现变频输入恒频输出，也可以实现恒频输入变频输出的交流电压变换。另外通过恰当的组合，可以构成三相输A/三相输出，单相输入/三相 输出和三相输入/单相输出等交-交变换电路。有益效果该电路基于双升压/双降压的PWM整流/逆变技术，避免了两个开关管串联与直流电源并接的结构，消除了直通短路的可能性，也避免了借用开 关管体内二极管续流的缺陷。前后两级都采用电流滞环控制方法，具有动态响应 快、有自动限流能力等优点。控制方法简单，易于实现。无桥臂直通、无开关管体二极管反向恢复问题点，变换电路的效率高；整个电路结构和控制方案均较为 简单，易于实现。附图说明图1是本专利技术双升压/双降压组合式交-交变换电路的电路图。 图l中的标号名称1:第一升压桥臂电路；2:电源；3:第二升压桥臂电 路；4:中间直流环节电路；5:第一降压桥臂电路；6:输出滤波电路；7:第二降压桥臂电路。图2是本专利技术双升压/双降压组合式交-交变换电路各开关模态示意图图2 (a)是双升压式PWM整流部分工作模态I的示意图。 图2 (b)是双升压式PWM整流部分工作模态II的示意图。 图2 (c)是双升压式PWM整流部分工作模态m的示意图。 图2 (d)是双升压式PWM整流部分工作模态IV的示意图。 图2 (e)是双降压式逆变部分工作模态I的示意图。 图2 (f)是双降压式逆变部分工作模态II的示意图。 图2 (g)是双降压式逆变部分工作模态III的示意图。 图2 (h)是双降压式逆变部分工作模态IV的示意图。 图3是本专利技术双升压/双降压组合式交-交变换电路采用的控制框图。 图4是本专利技术双升压/双降压组合式交-交变换电路前级整流环节主要波形 示意图。图5是本专利技术双升压/双降压组合式交-交变换电路后级逆变环节主要波形 示意图。图l一图5中的符号及元件名称说明St、 S2, S3、 S4 :第一功率开关管 第四功率开关管，D卜D2、 D3、 D4:第 一二极管 第四二极管，Lt、 L2、 L3、 L4:第一电感 第四电感，C1:第一电容， C2:第二电容，C。输出滤波电容，Ve:电压误差信号，Vref:基准电压，iref:基准电流，Ue :后级电压环输出信号，Vin :输入电压，iin :输入电流，iU : 流过电感L,的电流波形，iU :流过电感L2的电流波形，:流过电感L3的电流波形，iL4 :流过电感L4的电流波形，Drivel :开关管S,的驱动波形，Drive2 : 开关管S2的驱动波形，Drive3 :开关管S3的驱动波形，Drive4 :开关管34的 驱动波形，uo :输出电压，io :输出电流。 具体实施例方式下面结合附图与具体实施例对本专利技术作进一步详细描述图1是双升压/双降压组合式交-交变换电路的电路图，包括电源2、第一升 压桥臂电路l、第二升压桥臂电路3和第一降压桥臂电路5、第二降压桥臂电路 7、中间直流环节电路4、输出滤波电路6，中间直流环节电路包括第一电容d 和第二电容C2,第一电容d与第二电容C2串联，且串联点接地，第一升压桥臂 电路l包括第一功率开关管Si、第一电感L,、第一二极管Di，第一功率开关管S,的源极接第一二极管Di的阴极，两本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双升压／双降压组合式交－交变换电路，包括电源（２）、两个升压桥臂电路（１、３）和两个降压桥臂电路（５、７）、中间直流环节电路（４）、输出滤波电路（６），中间直流环节电路包括第一电容（Ｃ↓［１］）和第二电容（Ｃ↓［２］），第一电容（Ｃ↓［１］）与第二电容（Ｃ↓［２］）串联，且串联点接地，其特征在于：第一升压桥臂电路（１）包括第一功率开关管（Ｓ↓［１］）、第一电感（Ｌ↓［１］）、第一二极管（Ｄ↓［１］），第一功率开关管（Ｓ↓［１］）的源极接第一二极管（Ｄ↓［１］）的阴极，两者接头处引出线接第一电感（Ｌ↓［１］）的一端；第二升压桥臂电路（３）包括第二功率开关管（Ｓ↓［２］）、第二二极管（Ｄ↓［２］）、第二电感（Ｌ↓［２］），第二功率开关管（Ｓ↓［２］）的漏极接第二二极管（Ｄ↓［２］）的阳极，两者接头处引出线接第二电感（Ｌ↓［２］）的一端；第一功率开关管（Ｓ↓［１］）的漏极与第二二极管（Ｄ↓［２］）的阴极相连，第一二极管（Ｄ↓［１］）的阳极与第二功率开关管（Ｓ↓［２］）的源极相连，第一电感（Ｌ↓［１］）的另一端与第二电感（Ｌ↓［２］）的另一端相连接，且两者接头处引出线接电源；第二功率开关管（Ｓ↓［２］）的源极接第二电容（Ｃ↓［２］）的另一端，第二二极管（Ｄ↓［２］）的阴极接第一电容（Ｃ↓［１］）的另一端；第一降压桥臂电路（５）包括第三功率开关管（Ｓ↓［３］）、第三电感（Ｌ↓［３］）、第三二极管（Ｄ↓［３］），第三功率开关管（Ｓ↓［３］）的源极接第三二极管（Ｄ↓［３］）的阴极，两者接头处引出线接第三电感（Ｌ↓［３］）的一端；第二降压桥臂电路（７）包括第四功率开关管（Ｓ↓［４］）、第四电感（Ｌ↓［４］）、第四二极管（Ｄ↓［４］），第四功率开关管（Ｓ↓［４］）的漏极接第四二极管（Ｄ↓［４］）的阳极，两者接头处引出线接第四电感（Ｌ↓［４］）的一端；第三功率开关管（Ｓ↓［３］）的漏极与第四二极管（Ｄ↓［４］）的阴极相连，第三二极管（Ｄ↓［３］）的阳极与第四功率开关管（Ｓ↓［４］）的源极相连；第三电感（Ｌ↓［３］）的另一端和第四电感（Ｌ↓［４］）的另一端相连接，两者接头处引出线接输出滤波电路（６）；第二二极管（Ｄ↓［２］）的阴极接第三功率开关管（Ｓ↓［３］）的漏极，第二功率开关管（Ｓ↓［２］）的源极与第三二极管（Ｄ↓［３］）的阳极相连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈杰，陈家伟，龚春英，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]