【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及功率电路设计领域，具体涉及一种三相buck-boost型pwm整流器及其控制方法。
技术介绍
1、三相buck-boost型pwm整流器可以实现三相输入电流平衡且高度正弦，不仅具有三相buck型整流器高可靠的优势，且具有升降压特性，可以适应宽输入电压范围。因此三相buck-boost型pwm整流器被广泛应用于通信与数据中心供电、新能源汽车充电系统、航空电源、静止同步补偿器等领域。
2、图1为目前常用的三相buck-boost型pwm整流器，该整流器主要由两个单元构成：buck整流单元和boost升压单元。buck整流单元的输入滤波器由三相lc滤波器构成，抑制高次电流谐波流入交流电源端。buck整流单元整流桥包含三对桥臂，每对桥臂分为上下桥臂。每个桥臂由开关管与二极管串联构成，该单元将能量由交流侧传递到直流侧，并确保三相输入电流高度正弦，且与输入电压同频率与相位。boost升压单元由电感、开关管、二极管与电容构成，实现升压功能，电感实现滤波与能量存储。
3、随着三相buck-boost型pwm整流器的开关频率和功率密度不断提高，其局限性也越来越明显。首先，现有的三相buck-boost型pwm整流器的整流开关管承受输入线电压，在现有对于380v的公用电网输入，开关管承受的最大电压应力约为540v。考虑到开关管选型典型的裕度(约50％)，开关管的额定电压必须至少为900v或更高。这导致了设备选择的问题。硅(si)mosfet具有良好的性能，但其额定电压通常低于650v。igbt可以很容易地实现更
4、由于在三相buck-boost型pwm整流器中，共模电压与寄生电容的存在，导致输入电流产生明显的高频噪声与低频畸变。中国专利公开号cn116505785a公开了一种电流型pwm整流器及其控制策略，通过控制整流桥的各个开关管的通断及续流通路的通断能够使得电感的电流处于准连续模式，从而减少负载动态响应时间，大大提升负载动态响应性能。但是该专利申请没有考虑如何解决较高的电压应力产生的开关损耗，也没有考虑如何解决寄生电容对其输入电流质量的影响。
5、中国专利公开号cn116054609a公开了一种三相电流型pwm整流器的控制方法及系统，通过将二极管中点、输出电容的中点与共模滤波电容一端连接，解决较高的电压应力产生的开关损耗和寄生电容对其输入电流质量的影响。但该专利申请中拓扑为降压拓扑，该拓扑只能够进行降压，而无法进行升压。对于升降压拓扑而言，采用上述专利申请描述的方法并不能将开关管的电压应力降低到相电压；并且对于三相buck-boost型pwm整流器拓扑而言，在部分模态(模态3与模态4)无法形成有效的低阻通路，导致寄生电容依旧对输入电流质量产生影响。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于现有技术三相buck-boost型pwm整流器无法避免寄生电容对其输入电流质量的影响的问题。
2、本专利技术通过以下技术手段解决上述技术问题的：一种三相buck-boost型pwm整流器，包括buck整流单元、第一boost升压单元、第二boost升压单元及共模电流抑制单元，所述buck整流单元的输入端与三相交流电源连接，buck整流单元的输出正端所在的直流母线正端与负载之间连接第一boost升压单元，buck整流单元的输出负端所在的直流母线负端与负载之间连接第二boost升压单元，第一boost升压单元与第二boost升压单元连接，所述共模电流抑制单元为电容cmn，电容cmn的一端与三相输入滤波电容的中性点连接，电容cmn的另一端连接到第一boost升压单元与第二boost升压单元的中间连接节点上以及buck整流单元的输出正端与输出负端之间的中间连接节点上。
3、进一步地，所述buck整流单元包括三相lc滤波器、三对桥臂及两个二极管dfp、dfn，每相lc滤波器的滤波电感分别连接对应的交流电源与桥臂，每相lc滤波器的滤波电容位于滤波电感和桥臂之间，三相输入滤波电容为星型连接，其中性点为m；每对桥臂分为上下两个桥臂，共6个桥臂，分别为桥臂s1至桥臂s6，每个上桥臂以及每个下桥臂均由一个开关管qi和一个二极管di构成，i＝1、2、、、6，开关管qi的源极与二极管di的阳极连接，上桥臂的开关管的漏极与对应的下桥臂的二极管的阴极连接，三个上桥臂的二极管的阴极连接并与直流母线的正端连接，三个下桥臂的开关管的漏极连接并与直流母线的负端连接，二极管dfp的阳极与二极管dfn的阴极连接，连接点为n点，n点是buck整流单元的输出正端与输出负端之间的中间连接节点，二极管dfp的阴极与直流母线正端连接，二极管dfn的阳极与直流母线负端连接。
4、更进一步地，所述第一boost升压单元包括电感lp、开关管qbp、二极管qbp以及电容cp，电感lp的一端与直流母线正端连接，电感lp的另一端、开关管qbp的漏极及二极管dbp的阳极连接，二极管dbp的阴极与电容cp的一端连接，电容cp的另一端、开关管qbp的源极以及二极管dfp、dfn之间的连接点n点连接。
5、更进一步地，所述第二boost升压单元包括电感ln、开关管qbn、二极管dbn以及电容cn，电感ln的一端与直流母线负端连接，电感ln的另一端、开关管qbn的源极及二极管dbn的阴极连接，二极管dbn的阳极与电容cn的一端连接，电容cn的另一端、开关管qbn的漏极及二极管dfp、dfn之间的连接点n点连接。
6、更进一步地，所述电容cmn的一端与三相输入滤波电容的中性点m连接，电容cmn的另一端与二极管dfp、dfn之间的连接点n点连接；负载rl的一端与电容cp的一端连接，负载rl的另一端与电容cn的一端连接。
7、本专利技术还提供一种三相buck-boost型pwm整流器的控制方法，根据三相输入电压的相对关系，将一个输入电压周期划分为若干个扇区，每个扇区内所述整流器的工作状态为顺序编号的第一模态至第四模态，其中，buck整流单元有三对桥臂，每对桥臂分为上下两个桥臂，共6个桥臂，第一boost升压单元包括开关管qbp，第二boost升压单元包括开关管qbn，开关管qbp的漏极连接到直流母线正端，开关管qbp的源极与开关管qbn的漏极连接，开关管qbn的源极连接到直流母线负端，第一模态至第三模态均有两个桥臂导通，第四模态所有桥臂均不导通，开关管qbp及开关管qbn均导通；所述整流器形成至少三条电流路径，整流器的共模电流在所述电流路径内流通。
8、进一步地本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种三相Buck-Boost型PWM整流器，其特征在于，包括Buck整流单元、第一Boost升压单元、第二Boost升压单元及共模电流抑制单元，所述Buck整流单元的输入端与电源连接，Buck整流单元的输出正端所在的直流母线正端与负载之间连接第一Boost升压单元，Buck整流单元的输出负端所在的直流母线负端与负载之间连接第二Boost升压单元，第一Boost升压单元与第二Boost升压单元连接，所述共模电流抑制单元为电容Cmn，电容Cmn的一端与三相输入滤波电容的中性点连接，电容Cmn的另一端连接到第一Boost升压单元与第二Boost升压单元的中间连接节点上以及Buck整流单元的输出正端与输出负端之间的中间连接节点上。
2.根据权利要求1所述的一种三相Buck-Boost型PWM整流器，其特征在于，所述Buck整流单元包括三相LC滤波器、三对桥臂及两个二极管DFP、DFn，每相LC滤波器的滤波电感分别连接对应的交流电源与桥臂，每相LC滤波器的滤波电容位于滤波电感和桥臂之间，三相输入滤波电容为星型连接，其中性点为m；每对桥臂分为上下两个桥臂，共6个桥臂，分别为桥
3.根据权利要求2所述的一种三相Buck-Boost型PWM整流器，其特征在于，所述第一Boost升压单元包括电感Lp、开关管QBp、二极管DBP以及电容Cp，电感Lp的一端与直流母线正端连接，电感Lp的另一端、开关管QBp的漏极及二极管DBP的阳极连接，二极管DBP的阴极与电容Cp的一端连接，电容Cp的另一端、开关管QBp的源极以及二极管DFp、DFn之间的连接点n点连接。
4.根据权利要求3所述的一种三相Buck-Boost型PWM整流器，其特征在于，所述第二Boost升压单元包括电感Ln、开关管QBn、二极管DBn以及电容Cn，电感Ln的一端与直流母线负端连接，电感Ln的另一端、开关管QBn的源极及二极管DBn的阴极连接，二极管DBn的阳极与电容Cn的一端连接，电容Cn的另一端、开关管QBn的漏极及二极管DFP、DFn之间的连接点n点连接。
5.根据权利要求4所述的一种三相Buck-Boost型PWM整流器，其特征在于，所述电容Cmn的一端与三相输入滤波电容的中性点m连接，电容Cmn的另一端与二极管DFP、DFn之间的连接点n点连接；负载RL的一端与电容Cp的一端连接，负载RL的另一端与电容Cn的一端连接。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种三相Buck-Boost型PWM整流器的控制方法，其特征在于，根据三相输入电压的相对关系，将一个输入电压周期划分为若干个扇区，每个扇区内所述整流器的工作状态为顺序编号的第一模态至第四模态，其中，Buck整流单元有三对桥臂，每对桥臂分为上下两个桥臂，共6个桥臂，第一Boost升压单元包括开关管QBp，第二Boost升压单元包括开关管QBn，开关管QBp的漏极连接到直流母线正端，开关管QBp的源极与开关管QBn的漏极连接，开关管QBn的源极连接到直流母线负端，第一模态至第三模态均有两个桥臂导通，第四模态所有桥臂均不导通，开关管QBp及开关管QBn均导通；所述整流器形成至少三条电流路径，整流器的共模电流在所述电流路径内流通。
7.根据权利要求6所述的一种三相Buck-Boost型PWM整流器的控制方法，其特征在于，根据三相输入电压的相对关系，将一个输入电压周期划分为12个扇区，每个扇区的控制周期内的各个模态，开关管上的电压应力都小于相电压峰值。
8.根据权利要求7所述的一种三相Buck-Boost型PWM整流器的控制方法，其特征在于，为了使电感电流不突变以及控制交流侧输入电流，所述Buck整流单元需要满足任意时刻上下桥臂有且仅有一个开关管导通，将Buck整流单元的工作状态定义为三值逻辑函数：
9.根据权利要求8所述的一种三相Buck-Boost型PWM整流器的控制方法，其特征在于，采用矢量σαβχδ简化表达桥臂与开关管的开通与关断，矢量σαβχδ的含义是逻辑函数σb＝β，σc＝χ，σB＝δ，矢量σ0000表示σa＝0，σb＝0，σc＝...
【技术特征摘要】
1.一种三相buck-boost型pwm整流器，其特征在于，包括buck整流单元、第一boost升压单元、第二boost升压单元及共模电流抑制单元，所述buck整流单元的输入端与电源连接，buck整流单元的输出正端所在的直流母线正端与负载之间连接第一boost升压单元，buck整流单元的输出负端所在的直流母线负端与负载之间连接第二boost升压单元，第一boost升压单元与第二boost升压单元连接，所述共模电流抑制单元为电容cmn，电容cmn的一端与三相输入滤波电容的中性点连接，电容cmn的另一端连接到第一boost升压单元与第二boost升压单元的中间连接节点上以及buck整流单元的输出正端与输出负端之间的中间连接节点上。
2.根据权利要求1所述的一种三相buck-boost型pwm整流器，其特征在于，所述buck整流单元包括三相lc滤波器、三对桥臂及两个二极管dfp、dfn，每相lc滤波器的滤波电感分别连接对应的交流电源与桥臂，每相lc滤波器的滤波电容位于滤波电感和桥臂之间，三相输入滤波电容为星型连接，其中性点为m；每对桥臂分为上下两个桥臂，共6个桥臂，分别为桥臂s1至桥臂s6，每个上桥臂以及每个下桥臂均由一个开关管qi和一个二极管di构成，i＝1、2、、、6，开关管qi的源极与二极管di的阳极连接，上桥臂的开关管的漏极与对应的下桥臂的二极管的阴极连接，三个上桥臂的二极管的阴极连接并与直流母线的正端连接，三个下桥臂的开关管的漏极连接并与直流母线的负端连接，二极管dfp的阳极与二极管dfn的阴极连接，连接点为n点，n点是buck整流单元的输出正端与输出负端之间的中间连接节点，二极管dfp的阴极与直流母线正端连接，二极管dfn的阳极与直流母线负端连接。
3.根据权利要求2所述的一种三相buck-boost型pwm整流器，其特征在于，所述第一boost升压单元包括电感lp、开关管qbp、二极管dbp以及电容cp，电感lp的一端与直流母线正端连接，电感lp的另一端、开关管qbp的漏极及二极管dbp的阳极连接，二极管dbp的阴极与电容cp的一端连接，电容cp的另一端、开关管qbp的源极以及二极管dfp、dfn之间的连接点n点连接。
4.根据权利要求3所述的一种三相buck-boost型pwm整流器，其特征在于，所述第二boost升压单元包括电感ln、开关管qbn、二极管dbn以及电容cn，电感ln的一端与直流母线负端连接，电感ln的另一端、开关管q...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈强，苏圣，殷瑞琦，马润森，李飞，张兴，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：
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