一种三相单级谐振变换器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种三相单级谐振变换器及其控制方法，变换器包括依次连接的三相高频功率变换开关组、第一母线P、谐振电感Lr、隔离变压器、第二母线N、三相谐振电容组、以及控制器，控制器控制三相高频功率变换开关组内的功率轮流导通，通过三相高频功率变换开关组、谐振电感Lr、原边绕组Lm和三相谐振电容组谐振生成交变电流，并通过电磁感应由副边绕组和直流侧整流模块输出直流电；本发明专利技术解决现有技术必须采用两级结构的问题，所有的高频开关管能够在很宽的负载范围内实现软开关，从而减小变换器的损耗，提高整体的效率，减少材料使用，降低生成成本；此外还具有三相电源侧电流正弦度好、功率因数高、电能传输高效的优点。电能传输高效的优点。电能传输高效的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种三相单级谐振变换器及其控制方法


[0001]本专利技术涉及电源变换器，尤其涉及到一种将三相AC电源转换为DC输出的全谐振单级变换器。

技术介绍

[0002]现代电器设备离不开电源，在通信电源应用领域中，变换器必须满足总谐波失真、谐波电流限制、隔离和高转换效率等要求。较大功率的变换器采用三相两级设计，第一级采用PFC受控升压而满足功率因数校正的目的，第二级实现变压/隔离以及输出电压/电流控制的目的，这一级变换器通常使用谐振开关技术，以便使得转换效率最大化，并使电源设计方案的尺寸和散热要求最小化(因此使成本最小化)。这种两级式变换器的问题在于总的转换损耗是各级转换损耗的总和。在每级实现典型的96％左右的转换效率的情况下，总的转换效率最高只有92％。
[0003]高效率和低成本等优势吸引许多电源设计者试图开发有效的单级AC/DC变换器。图1示出了现有技术的单级AC/DC全桥变换器，其由三相交流AC输入、A相功率开关管(SWA1
‑
SWA4)、B相功率开关管(SWB1
‑
SWB4)、C相功率开关管(SWC1
‑
SWC4)、输出变压器Tr以及全波整流器(D1、D2)组成，全波整流器被设置在变压器的输出上。该变换器受到硬开关PWM控制，为了在输出上实现希望的电压，上下开关开关序列需要偏移一定的相角，偏移程度决定了输出变压器被短路的时间周期，并决定电流在变换器内循环的时间周期。这种循环的电流(与被传送到全波整流器上的电流完全不同)在其经过双向开关上时引发损耗。因此，这种变换器的转换效率偏低，并且由于损耗需选择较大体积的散热器以及数量过多功率器件使得变换器体积庞大且成本很高。
[0004]因此，人们希望获得具有转换效率高、功率器件数量少、功率器件电气应力低、无大电感或蓄电部件以及低谐波失真的、适用于宽输入电压范围的隔离变换器。

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谐振变换器及其控制方法。
[0006]本专利技术采用的技术方案是设计一种三相单级谐振变换器，包括三相高频功率变换开关组、三相谐振电容组、谐振电感Lr、第一母线P、第二母线N、隔离变压器、直流侧整流模块以及控制器，其中所述三相高频功率变换开关组连接在三相电源与第一母线P之间，三相谐振电容组连接在三相电源与第二母线N之间，所述谐振电感Lr与隔离变压器的原边绕组Lm串联后连接在第一母线P与第二母线N之间，所述隔离变压器的副边绕组与直流侧整流模块连接；所述控制器控制三相高频功率变换开关组内的功率轮流导通，通过三相高频功率变换开关组、谐振电感Lr、原边绕组Lm和三相谐振电容组谐振生成交变电流，并通过电磁感应由副边绕组和直流侧整流模块输出直流电。
[0007]所述三相单级谐振变换器还包括三相输入滤波电容组，所述三相输入滤波电容组
包括第一滤波电容C1、第二滤波电容C2和第三滤波电容C3，所述第一滤波电容C1连接在三相电源的A相输入端和B相输入端之间，所述第二滤波电容C2连接在三相电源的B相输入端和C相输入端之间，所述第三滤波电容C3连接在三相电源的C相输入端和A相输入端之间。
[0008]所述三相高频功率变换开关组包括三个开关组：A相开关组(SWAu、SWAd)、B相开关组(SWBu、SWBd)和C相开关组(SWCu、SWCd)，所述A相开关组串接在三相电源的A相输入端与第一母线P之间，所述B相开关组串接在三相电源的B相输入端与第一母线P之间，所述C相开关组串接在三相电源的C相输入端与第一母线P之间。
[0009]所述开关组皆包括串联的上开关和下开关，所述上开关和下开关皆采用内设续流二极管的晶体管，上开关和下开关采用背对背串联连接；所述A相开关组包括A相上开关SWAu和A相下开关SWAd，所述B相开关组包括B相上开关SWBu和B相下开关SWBd，所述C相开关组包括C相上开关SWCu和C相下开关SWCd。
[0010]所述三相谐振电容组包括三个谐振电容，一一对应连接在所述A相输入端、B相输入端、C相输入端与第二母线N之间。
[0011]所述三相谐振电容组包括一个谐振电容，连接在所述A相输入端与第二母线N之间、或者连接在所述B相输入端与第二母线N之间、或者连接在C相输入端与第二母线N之间。
[0012]所述三相谐振电容组包括二个谐振电容，一一对应连接在所述A相输入端、B相输入端与第二母线N之间，或者一一对应连接在所述A相输入端、C相输入端与第二母线N之间，或者一一对应连接在所述B相输入端、C相输入端与第二母线N之间。
[0013]本专利技术还设计了一种三相单级谐振变换器的控制方法，所述变换器采用上述的三相单级谐振变换器，所述控制方法包括采集所述三相电源的电压参数，将三相电源在一个工频周期内以过相电压零点和两相电压波形相交点为分界点划分为十二个扇区，每个扇区占30
°
，每个扇区中三相电源中电压绝对值最大相记为H相、电压绝对值较大相记为M相、电压绝对值最小相记为S相，所述控制器控制三相高频功率变换开关组中的开关组动作，以H相、M相、S相这样的顺序循环导通对应连接的开关组。
[0014]在所述三相电源中在交流电相电压过零点附近，以H相、M相、H相、M相这样的顺序循环导通对应连接的开关组，所述S相对应连接的开关组保持关闭。
[0015]在所述三相电源中两相电压曲线交叉点近处，以H相、M相、H相、S相、H相、M相、H相、S相这样的顺序循环导通对应连接的开关组。
[0016]本专利技术提供的技术方案的有益效果是：
[0017]本专利技术解决现有技术中三相AC/DC变换器将三相380V交流电压变换为低压直流电压时必须采用两级结构的问题，仅用单级功率变换电路实现了电气隔离；本专利技术所有的高频开关管能够在很宽的负载范围内实现软开关，从而减小变换器的损耗，提高整体的效率，减少材料使用，降低生成成本；此外还具有三相电源侧电流正弦度好、功率因数高、电能传输高效的优点。
附图说明
[0018]下面结合实施例和附图对本专利技术进行详细说明，其中：
[0019]图1是现有技术的三相单级变换器；
[0020]图2是本专利技术具有三个谐振电容的变换器；
[0021]图3是本专利技术仅A相输入端连接谐振电容的变换器；
[0022]图4是本专利技术仅B相输入端连接谐振电容的变换器；
[0023]图5是本专利技术仅C相输入端连接谐振电容的变换器；
[0024]图6是本专利技术仅A和B相输入端连接谐振电容的变换器；
[0025]图7是本专利技术仅A和C相输入端连接谐振电容的变换器；
[0026]图8是本专利技术仅B和C相输入端连接谐振电容的变换器；
[0027]图9是三相交流电压波形与扇区对照图；
[0028]图10是每个扇区三相高频开关的开关顺序表；
[0029]图11是三相高频功率变换开关组上、下开关的开关顺序表；
[0030]图12a是第三扇区一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三相单级谐振变换器，其特征在于，包括三相高频功率变换开关组、三相谐振电容组、谐振电感Lr、第一母线P、第二母线N、隔离变压器、直流侧整流模块以及控制器，其中所述三相高频功率变换开关组连接在三相电源与第一母线P之间，三相谐振电容组连接在三相电源与第二母线N之间，所述谐振电感Lr与隔离变压器的原边绕组Lm串联后连接在第一母线P与第二母线N之间，所述隔离变压器的副边绕组与直流侧整流模块连接；所述控制器控制三相高频功率变换开关组内的功率轮流导通，通过三相高频功率变换开关组、谐振电感Lr、原边绕组Lm和三相谐振电容组谐振生成交变电流，并通过电磁感应由副边绕组和直流侧整流模块输出直流电。2.如权利要求1所述的三相单级谐振变换器，其特征在于，还包括三相输入滤波电容组，所述三相输入滤波电容组包括第一滤波电容C1、第二滤波电容C2和第三滤波电容C3，所述第一滤波电容C1连接在三相电源的A相输入端和B相输入端之间，所述第二滤波电容C2连接在三相电源的B相输入端和C相输入端之间，所述第三滤波电容C3连接在三相电源的C相输入端和A相输入端之间。3.如权利要求2所述的三相单级谐振变换器，其特征在于，所述三相高频功率变换开关组包括三个开关组：A相开关组(SWAu、SWAd)、B相开关组(SWBu、SWBd)和C相开关组(SWCu、SWCd)，所述A相开关组串接在三相电源的A相输入端与第一母线P之间，所述B相开关组串接在三相电源的B相输入端与第一母线P之间，所述C相开关组串接在三相电源的C相输入端与第一母线P之间。4.如权利要求3所述的三相单级谐振变换器，其特征在于，所述开关组皆包括串联的上开关和下开关，所述上开关和下开关皆采用内设续流二极管的晶体管，上开关和下开关采用背对背串联连接；所述A相开关组包括A相上开关SWAu和A相下开关SWAd，所述B相开关组包括B相上开关SWBu和B相下开关SWBd，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘军，陈林海，
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：