一种三相单级全桥软开关整流器及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种三相单级全桥软开关整流器及控制方法，其包括三相电端口、三相整流桥、直流母线、原边变换模块、扇区选择开关组、变压器Tr、副边整流模块，以及控制器，所述控制器控制扇区选择开关组和原边变换模块中的开关管进行软开关通断动作，在变压器Tr原边绕组W1与直流母线和扇区选择开关组之间构建交流电通道；副边整流模块连接在所述变压器Tr的副边绕组W2与负载之间，将副边绕组W2上的交流电转化为直流电后传输给负载；本发明专利技术实现降压类型的整流模式，对原边变换模块和扇区选择开关组实施软开关控制，从而减小整流器的损耗，提高整体的效率并且降低材料成本。高整体的效率并且降低材料成本。高整体的效率并且降低材料成本。

【技术实现步骤摘要】
一种三相单级全桥软开关整流器及控制方法


[0001]本专利技术涉及AC/DC变换器
，尤其涉及一种三相单级全桥软开关整流器及控制方法。

技术介绍

[0002]目前三相功率变换器主要采用两级结构，如汽车充电桩，前级采用维也纳PFC或六开关PFC等升压型(Boost)拓扑实现功率因数校正，后级采用LLC或全桥拓扑等实现DC/DC功率变换。三相AC/DC根据是否具有直流侧电感可以分为两大类：电流源型和电压源性AC/DC变换器；根据是否存在高频变压器Tr又可以分为隔离型和非隔离型。
[0003]由三相桥式电路构成的非隔离三相电压源型AC/DC变换器，在整流工作时直流侧呈升压特性，三相380V交流电压经其变换后直流电压通常达600～800V，通常需要通过变压器Tr或者在后级加DC/DC变换器进行降压后才能接到低压直流母线上。此外，电压源型AC/DC变换器的整流模式是升压(boost)类型，存在启动冲击问题，需要在功率传输路径中加入启动限流措施，影响变换器效率和功率密度，同时升压型电路在空载或轻载工作时，系统的闭环控制也存在较大的难度，难以兼顾控制的稳定性和快速动态响应特性。隔离型AC/DC变换器通常需要两级式结构，一种是在前级加入工频变压器Tr，这会导致变换器整体体积重量大、成本高；另一种是在后级加入高频隔离DC/DC变换器，但是两级式功率变换对系统效率有很大的负面影响，并且现有的高频隔离DC/DC变换器宽电压变化范围条件下的特性较差，这种变换器难以适应宽输入输出电压变化的应用需求。
[0004]目前有单级三相AC
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DC变换器，通常开关器件软开关控制效果不佳。如中国专利申请(公开号：CN112202351A)，其扇区选择开关组(专利CN112202351A中附图1的Sya+、Sya
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、Syb+、Syb
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、Syc+、Syc
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)未实现真正意义上的软开关控制。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术提出一种三相单级全桥软开关整流器及控制方法。
[0006]本专利技术采用的技术方案是设计一种三相单级全桥软开关整流器，其包括三相电端口、三相整流桥、直流母线、原边变换模块、扇区选择开关组、变压器Tr、副边整流模块，以及控制器，其中所述三相整流桥连接在三相电端口与直流母线之间，将三相电端口上的交流电转化为直流电后传输给直流母线；所述原边变换模块连接在直流母线与变压器Tr的原边绕组W1之间，所述扇区选择开关组连接在三相电端口与所述原边变换模块的公共端O之间；所述控制器控制扇区选择开关组和原边变换模块中的开关管进行软开关通断动作，在变压器Tr原边绕组W1与直流母线和扇区选择开关组之间构建交流电通道；所述副边整流模块连接在所述变压器Tr的副边绕组W2与负载之间，将所述副边绕组W2上的交流电转化为直流电后传输给负载。
[0007]所述扇区选择开关组包括A相开关组、B相开关组和C相开关组，所述三相电端口包
括A相输入端、B相输入端和C相输入端，所述A相开关组串接在所述A相输入端与所述公共端O之间；所述B相开关组串接在所述B相输入端与所述公共端O之间；所述C相开关组串接在所述C相输入端与所述公共端O之间；所述A相开关组包括反向对称串联的A相第一开关SWA1和A相第二开关SWA2，所述B相开关组包括反向对称串联的B相第一开关SWB1和B相第二开关SWB2，所述C相开关组包括反向对称串联的C相第一开关SWC1和C相第二开关SWC2，所述控制器对各开关分别进行控制，所述A相第一开关SWA1和A相第二开关SWA2的导通信号之间存在A相移相角，所述B相第一开关SWB1和B相第二开关SWB2的导通信号之间存在B相移相角，所述C相第一开关SWC1和C相第二开关SWC2的导通信号之间存在C相移相角。
[0008]所述直流母线包括正直流母线P、负直流母线N，所述原边变换模块包括第一开关支路和第二开关支路，其中所述第一开关支路包括依次串联的第一开关SW1和第三开关SW3，第一开关SW1一端连接正直流母线P，第三开关SW3一端连接负直流母线N；第一开关SW1和第三开关SW3之间为sq连接点；所述第二开关支路包括依次串联的第二开关SW2、第四开关SW4；第二开关SW2一端连接正直流母线P；第四开关SW4一端连接负直流母线N；第二开关SW2和第四开关SW4之间为所述公共端O；所述变压器Tr原边绕组W1连接在所述公共端O和sq连接点之间，所述变压器Tr副边绕组W2连接所述副边整流模块。
[0009]所述三相电端口与三相电源之间设有三相EMI滤波器，所述副边整流模块采用全桥整流电路、倍流整流电路、全波整流电路中的一种。
[0010]本专利技术还设计了一种三相单级全桥软开关整流器的控制方法，所述变换器采用上述的三相单级全桥软开关整流器，所述控制方法包括采集三相电源的电压参数，用扇区选择功能模块控制扇区选择开关组动作，将三相电源的一个工频周期划分为6个扇区：第1扇区、第2扇区、第3扇区、第4扇区、第5扇区和第6扇区，其中的每一个扇区分别包括正扇区和负扇区，所述正扇区中正直流母线P的电压Vp的绝对值大于或等于负直流母线N的电压V
N
的绝对值；所述负扇区中正直流母线P的电压Vp的绝对值小于负直流母线N的电压V
N
的绝对值；所述控制器根据所述电压Vp和所述电压V
N
控制所述原边变换模块，根据三相电源工频周期划分的6个扇区控制所述扇区选择开关组。
[0011]所述控制器对第二开关SW2、第四开关SW4、A相第一开关SWA1、A相第二开关SWA2、B相第一开关SWB1、B相第二开关SWB2、C相第一开关SWC1、C相第二开关SWC2中的每一个开关都生成独立控制的开关控制信号，所述的开关控制信号分别在正扇区时和负扇区时对对应的开关实施控制；第一开关SW1和第三开关SW3根据第二开关SW2和第四开关SW4的开关控制信号进行控制，并且所述第一开关SW1不与第三开关SW3同时导通；所述第二开关SW2、第四开关SW4和扇区选择开关组这三者，在同一时刻最多只有一个导通，或者同一时刻皆不导通。
[0012]所述控制器设置扇区选择开关组调节量ΔD5，以调节所述A相开关组的占空比、B相开关组的占空比和C相开关组的占空比，所述扇区选择开关组调节量ΔD5的值大于零。
[0013]以所述副边整流模块的输出电压Vout和/或输出电流Idc为受控量进行反馈控制，所述控制器根据所述电压Vp和所述电压V
N
、以及所述受控量受控后产生的反馈调整量
△
d生成有效等效占空比Dp和有效等效占空比Dn；所述控制器根据所述扇区选择开关组调节量ΔD5、所述有效等效占空比Dp和有效等效占空比Dn生成负扇区有效等效占空比D2n、负扇区有效等效占空比D4n、正扇区有效等效占空比D2p、正扇区有效等效占空比D4p、有效等效占
空比D5和输出控制量D5_Soft；所述控制器根据负扇区本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三相单级全桥软开关整流器，其特征在于，包括三相电端口、三相整流桥、直流母线、原边变换模块、扇区选择开关组、变压器Tr、副边整流模块，以及控制器，其中所述三相整流桥连接在三相电端口与直流母线之间，将三相电端口上的交流电转化为直流电后传输给直流母线；所述原边变换模块连接在直流母线与变压器Tr的原边绕组W1之间，所述扇区选择开关组连接在三相电端口与所述原边变换模块的公共端O之间；所述控制器控制扇区选择开关组和原边变换模块中的开关管进行软开关通断动作，在变压器Tr原边绕组W1与直流母线和扇区选择开关组之间构建交流电通道；所述副边整流模块连接在所述变压器Tr的副边绕组W2与负载之间，将所述副边绕组W2上的交流电转化为直流电后传输给负载。2.如权利要求1所述的三相单级全桥软开关整流器，其特征在于，所述扇区选择开关组包括A相开关组、B相开关组和C相开关组，所述三相电端口包括A相输入端、B相输入端和C相输入端；所述A相开关组串接在所述A相输入端与所述公共端O之间；所述B相开关组串接在所述B相输入端与所述公共端O之间；所述C相开关组串接在所述C相输入端与所述公共端O之间；所述A相开关组包括反向对称串联的A相第一开关SWA1和A相第二开关SWA2，所述B相开关组包括反向对称串联的B相第一开关SWB1和B相第二开关SWB2，所述C相开关组包括反向对称串联的C相第一开关SWC1和C相第二开关SWC2，所述控制器对各开关分别进行控制，所述A相第一开关SWA1和A相第二开关SWA2的导通信号之间存在A相移相角，所述B相第一开关SWB1和B相第二开关SWB2的导通信号之间存在B相移相角，所述C相第一开关SWC1和C相第二开关SWC2的导通信号之间存在C相移相角。3.如权利要求2所述的三相单级全桥软开关整流器，其特征在于，所述直流母线包括正直流母线P、负直流母线N，所述原边变换模块包括第一开关支路和第二开关支路，其中所述第一开关支路包括依次串联的第一开关SW1和第三开关SW3，第一开关SW1一端连接正直流母线P，第三开关SW3一端连接负直流母线N；第一开关SW1和第三开关SW3之间为sq连接点；所述第二开关支路包括依次串联的第二开关SW2、第四开关SW4；第二开关SW2一端连接正直流母线P；第四开关SW4一端连接负直流母线N；第二开关SW2和第四开关SW4之间为所述公共端O；所述变压器Tr原边绕组W1连接在所述公共端O和sq连接点之间，所述变压器Tr副边绕组W2连接所述副边整流模块。4.如权利要求1所述的三相单级全桥软开关整流器，其特征在于，所述三相电端口与三相电源之间设有三相EMI滤波器，所述副边整流模块采用全桥整流电路、倍流整流电路、全波整流电路中的一种。5.一种三相单级全桥软开关整流器的控制方法，其特征在于，所述变换器采用权利要求3至4任一项所述的三相单级全桥软开关整流器，所述控制方法包括采集三相电源的电压参数，用扇区选择功能模块控制扇区选择开关组动作，将三相电源的一个工频周期划分为6
个扇区：第1扇区、第2扇区、第3扇区、第4扇区、第5扇区和第6扇区，其中的每一个扇区分别包括正扇区和负扇区，所述正扇区中正直流母线P的电压Vp的绝对值大于或等于负直流母线N的电压V
N
的绝对值；所述负扇区中正直流母线P的电压Vp的绝对值小于负直流母线N的电压V
N
的绝对值；所述控制器根据所述电压Vp和所述电压V
N
控制所述原边变换模块，根据三相电源所述工频周期划分的6个扇区控制所述扇区选择开关组。6.如权利要求5所述的三相单级全桥软开关整流器的控制方法，其特征在于，所述控制器对第二开关SW2、第四开关SW4、A相第一开关SWA1、A相第二开关SWA2、B相第一开关SWB1、B相第二开关SWB2、C相第一开关SWC1、C相第二开关SWC2中的每一个开关都生成独立控制的开关控制信号，所述的开关控制信号分别在正扇区时和负扇区时对对应的开关实施控制；第一开关SW1和第三开关SW3根据第二开关SW2和第四开关SW4的开关控制信号进行控制，并且所述第一开关SW1不与第三开关SW3同时导通；所述第二开关SW2、第四开关SW4和扇区选择开关组这三者，在同一时刻最多只有一个导通，或者同一时刻皆不导通。7.如权利要求6所述的三相单级全桥软开关整流器的控制方法，其特征在于，所述控制器设置扇区选择开关组调节量ΔD5，以调节所述A相开关组的占空比、B相开关组的占空比和C相开关组的占空比，所述扇区选择开关组调节量ΔD5的值大于零。8.如权利要求7所述的三相单级全桥软开关整流器的控制方法，其特征在于，以所述副边整流模块的输出电压Vout和/或输出电流Idc为受控量进行反馈控制，所述控制器根据所述电压Vp和所述电压V
N
、以及所述受控量受控后产生的反馈调整量
△
d生成有效等效占空比Dp和有效等效占空比Dn；所述控制器根据所述扇区选择开关组调节量ΔD5、所述有效等效占空比Dp和有效等效占空比Dn生成负扇区有效等效占空比D2n、负扇区有效等效占空比D4n、正扇区有效等效占空比D2p、正扇区有效等效占空比D4p、有效等效占空比D5和输出控制量D5_Soft；所述控制器根据负扇区有效等效占空比D2n、负扇区有效等效占空比D4n、正扇区有效等效占空比D2p、正扇区有效等效占空比D4p、有效等效占空比D5和扇区输出控制量D5_Soft生成用以控制所述第二开关SW2的第二控制信号Dr_SW2、用以控制所述第四开关SW4的第四控制信号Dr_SW4、用以调整所述扇区选择开关组的占空比调整信号Dr_SW5_Soft和占空比调整信号Dr_SW5；所述控制器根据所述三相电源的电压参数、占空比调整信号Dr_SW5_Soft和占空比调整信号Dr_SW5生成用以控制所述A相第一开关SWA1的A相第一控制信号FA、用以控制所述A相第二开关SWA2的A相第二控制信号ZA、用以控制所述B相第一开关SWB1的B相第一控制信号FB、用以控制所述B相第二开关SWB2的B相第二控制信号ZB、用以控制所述C相第一开关SWC1的C相第一控制信号FC、用以控制所述C相第二开关SWC2的C相第二控制信号ZC。9.如权利要求8所述的三相单级全桥软开关整流器...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘军，林景俊，蓝州，
申请(专利权)人：深圳市英可瑞数字能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：