一种五电平整流变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种五电平整流变换器，包括滤波电路、第一中点箝位桥臂、第二中点箝位桥臂、第一电容和第二电容，交流电源通过滤波电路滤波后连接到第一中点箝位桥臂的中点和第二中点箝位桥臂的中点，第一中点箝位桥臂的上端、第二中点箝位桥臂的上端、第一电容的第一端连接正电位母线，第一中点箝位桥臂的下端、第二中点箝位桥臂的下端、第二电容的第一端连接负电位母线，第一电容的第二端和第二电容的第二端连接直流母线中点。本发明专利技术的五电平整流变换器，可减小电路的总谐波失真，同时能在保持电感纹波大小不变的条件下，减小电感所需的尺寸；在保持电感纹波频率不变的条件下，使开关管的开关频率减半，降低开关管的开关损耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及变换器，特别是涉及一种五电平整流变换器。
技术介绍
在信号的整流中经常会使用带中点嵌位的三电平整流变换器拓扑结构。如图1所示，为三电平整流器的电路结构图。从图中可看出，三电平整流变换器包括由电感L1组成的滤波电路、一个中点箝位桥臂LS1、第一电容C1和第二电容C2。其中，中点箝位桥臂LS1包括两个二极管D1、D2以及依次相连的上一开关管M1、上二开关管M2、下一开关管M3和下二开关管M4，上一开关管M1的漏极连接正电位母线、下二开关管M4的源极连接负电位母线。第一电容C1的一端连接正电位母线，另一端连接直流母线中点。第二电容C2的一端连接负电位母线，另一端连接直流母线中点。交流电源Vi一端通过第一电感L1后连接上二开关管M2和下一开关管M3的相连端，交流电源Vi另一端连接直流母线中点，交流信号经过整流后输出直流信号，正电位母线与负电位母线即为整流器的直流输出端，为负载Load提供直流电。与传统的两电平拓扑相比，三电平拓扑中开关管（M1、M2、M3、M4）的电压应力是两电平拓扑的一半，开关管的开关损耗较小。三电平拓扑技术是在两电平拓扑技术的基础上经过改进得到，然而，如何进一步减小电路的总谐波失真或者降低开关管的开关频率以减少开关损耗或者减小电感尺寸，是本领域技术人员需要继续解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种五电平整流变换器，在三电平整流变换器拓扑技术的基础上进一步改进得到，能够进一步减小电路总谐波失真、减少开关损耗以及减小电感尺寸。本专利技术的技术问题通过以下的技术方案予以解决： 一种五电平整流变换器，包括滤波电路、第一中点箝位桥臂、第二中点箝位桥臂、第一电容和第二电容，交流电源通过所述滤波电路滤波后连接到所述第一中点箝位桥臂的中点和所述第二中点箝位桥臂的中点，所述第一中点箝位桥臂的上端、所述第二中点箝位桥臂的上端、所述第一电容的第一端连接正电位母线，所述第一中点箝位桥臂的下端、所述第二中点箝位桥臂的下端、所述第二电容的第一端连接负电位母线，所述第一电容的第二端和所述第二电容的第二端连接直流母线中点。优选的技术方案中，所述第一中点箝位桥臂和所述第二中点箝位桥臂均包括两个二极管以及依次相连的上一开关管、上二开关管、下一开关管和下二开关管，所述一个二极管的阳极与直流母线中点相连、所述一个二极管的阴极与所述上一开关管和所述上二开关管的相连端相连，所述另一个二极管的阳极与所述下一开关管和所述下二开关管的相连端相连、所述另一个二极管的阴极与直流母线中点相连。-->所述第一中点箝位桥臂包括第一二极管、第二二极管以及依次相连的第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，所述第一开关管的漏极连接正电位母线、所述第四开关管的源极连接负电位母线，所述第一开关管的源极和所述第二开关管的漏极相连，相连端连接所述第一二极管的阴极；所述第二开关管的源极与所述第三开关管的漏极相连；所述第三开关管的源极和所述第四开关管的漏极相连，相连端连接所述第二二极管的阳极；所述第一二极管的阳极和所述第二二极管的阴极连接直流母线中点。所述第二中点箝位桥臂包括第三二极管、第四二极管以及依次相连的第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管，所述第五开关管的漏极连接正电位母线、所述第八开关管的源极连接负电位母线，所述第五开关管的源极和所述第六开关管的漏极相连，相连端连接所述第三二极管的阴极；所述第七开关管的源极与所述第八开关管的漏极相连；所述第七开关管的源极和所述第八开关管的漏极相连，相连端连接所述第四二极管的阳极；所述第三二极管的阳极和所述第四二极管的阴极连接直流母线中点。所述滤波电路包括第一滤波电路，所述第一滤波电路包括第一电感，所述第一电感的一端连接所述交流电源，另一端连接所述第一中点箝位桥臂的中点。所述滤波电路包括第二滤波电路和第三滤波电路，所述第二滤波电路包括第二电感，所述第三滤波电路包括第三电感，所述第二电感的一端连接所述交流电源的一端，所述第二电感的另一端连接所述第一中点箝位桥臂的中点，所述第三电感的一端连接所述交流电源的另一端，所述第三电感的另一端连接所述第二中点箝位桥臂的中点。所述第二滤波电路还包括第三电容，所述第三滤波电路还包括第四电容，所述第三电容的一端与所述第二电感的一端相连，所述第四电容的一端与所述第三电感的一端相连，所述第三电容和所述第四电容的另一端均与直流母线中点相连。所述第二滤波电路还包括第五二极管，所述第三滤波电路还包括第六二极管，所述第五二极管的阴极与所述第二电感的一端相连，所述第六二极管的阴极与所述第三电感的一端相连，所述第五二极管和所述第六二极管的阳极均与直流母线中点相连。本专利技术与现有技术对比的有益效果是：本专利技术的五电平整流变换器，电路组成上可看作是在三电平整流变换电路的基础上增加一个中点箝位桥臂，根据对电路的理论分析可以得到，本专利技术的五电平整流电路相对于三电平整流电路而言，电感电流和电压的过零点多，而在过零处没有电流纹波，因此过零点多，输入电流的总谐波失真THDi就越小，即可降低电路的总谐波失真THD，提高功率因数。同时，在电感量相同的情况下，本专利技术的五电平整流电路的电感纹波比三电平整流电路的电感纹波的一半还要小，因此在电感电流的纹波大小相同的条件下，本专利技术的电路中只需较小电感量的电感即可满足要求，即本专利技术的电路中可减小电感尺寸。另外，本专利技术的五电平整流电路相对于三电平整流电路而言，电感电流的纹波频率是开关管的开关频率的2倍，因此在电感电流的纹波频率相同的条件下，本专利技术的电路中开关管的开关频率是三电平整流电路拓扑中开关管的开关管的开关频率的一半，即本专利技术的电路能降低开关管的开关损耗。附图说明图1是现有技术中带中点嵌位的三电平整流变换器的电路结构图；-->图2是本专利技术具体实施方式中的五电平整流变换器的电路结构图；图3是本专利技术具体实施方式中的五电平整流变换器在四种情形下的电流流向示意图；图4是本专利技术具体实施方式中的五电平整流变换器与三电平整流变换器的输入电压相位和电感电流的纹波大小根据理论分析的关系图；图5是本专利技术具体实施方式中的五电平整流变换器与三电平整流变换器的开关频率和电感电流的纹波频率根据理论分析的关系图；图6是本专利技术具体实施方式中的五电平整流变换器中滤波电路做出改进后的五电平整流变换器的结构图；图7是本专利技术具体实施方式中的五电平整流变换器中滤波电路做出进一步改进后的五电平整流变换器的结构图；图8是本专利技术具体实施方式中的五电平整流变换器中滤波电路做出更进一步改进后的五电平整流变换器的结构图。具体实施方式下面结合具体实施方式并对照附图对本专利技术做进一步详细说明。如图2所示，为五电平整流变换器的电路结构图。五电平整流变换器包括滤波电路、第一中点箝位桥臂LS1、第二中点箝位桥臂LS2，第一电容C1和第二电容C2。第一中点箝位桥臂LS1包括第一二极管D1、第二二极管D2以及依次相连的第一开关管M1（也即上一开关管）、第二开关管M2（也即上二开关管）、第三开关管M3（也即下一开关管）和第四开关管M4（也即下二开关管）。第一开关管M1的漏极连接正电位母线、第四开关管M4的源极连接负电位母线，第一开关管M1的源极和第二开关管M2的漏极相连，相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种五电平整流变换器，其特征在于：包括滤波电路、第一中点箝位桥臂、第二中点箝位桥臂、第一电容和第二电容，交流电源通过所述滤波电路滤波后连接到所述第一中点箝位桥臂的中点和所述第二中点箝位桥臂的中点，所述第一中点箝位桥臂的上端、所述第二中点箝位桥臂的上端、所述第一电容的第一端连接正电位母线，所述第一中点箝位桥臂的下端、所述第二中点箝位桥臂的下端、所述第二电容的第一端连接负电位母线，所述第一电容的第二端和所述第二电容的第二端连接直流母线中点。

【技术特征摘要】
1.一种五电平整流变换器，其特征在于：包括滤波电路、第一中点箝位桥臂、第二中点箝位桥臂、第一电容和第二电容，交流电源通过所述滤波电路滤波后连接到所述第一中点箝位桥臂的中点和所述第二中点箝位桥臂的中点，所述第一中点箝位桥臂的上端、所述第二中点箝位桥臂的上端、所述第一电容的第一端连接正电位母线，所述第一中点箝位桥臂的下端、所述第二中点箝位桥臂的下端、所述第二电容的第一端连接负电位母线，所述第一电容的第二端和所述第二电容的第二端连接直流母线中点。2.根据权利要求1所述的五电平整流变换器，其特征在于：所述第一中点箝位桥臂和所述第二中点箝位桥臂均包括两个二极管以及依次相连的上一开关管、上二开关管、下一开关管和下二开关管，所述一个二极管的阳极与直流母线中点相连、所述一个二极管的阴极与所述上一开关管和所述上二开关管的相连端相连，所述另一个二极管的阳极与所述下一开关管和所述下二开关管的相连端相连、所述另一个二极管的阴极与直流母线中点相连。3.根据权利要求2所述的五电平整流变换器，其特征在于：所述第一中点箝位桥臂包括第一二极管（D1）、第二二极管（D2）以及依次相连的第一开关管（M1）、第二开关管（M2）、第三开关管（M3）和第四开关管（M4），所述第一开关管（M1）的漏极连接正电位母线、所述第四开关管（M4）的源极连接负电位母线，所述第一开关管（M1）的源极和所述第二开关管（M2）的漏极相连，相连端连接所述第一二极管（D1）的阴极；所述第二开关管（M2）的源极与所述第三开关管（M3）的漏极相连；所述第三开关管（M3）的源极和所述第四开关管（M4）的漏极相连，相连端连接所述第二二极管（D2）的阳极；所述第一二极管（D1）的阳极和所述第二二极管（D2）的阴极连接直流母线中点。4.根据权利要求2所述的五电平整流变换器，其特征在于：所述第二中点箝位桥臂包括第三二极管（D3）、第四二极管（D4）以及依次相连的第五开关管（M5）、第六开关管（M6）、第七开关管（M7）和第八开关管（M8），所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗兰克·赫尔特，武志贤，吴云，胡永辉，王琳化，黄立巍，周朝阳，
申请(专利权)人：艾默生网络能源系统北美公司，
类型：发明
国别省市：US