專(zhuān)利名稱(chēng)：全橋整流-直流推挽逆變的ac-dc變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種電力電子變換技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種全橋整流-直流推挽逆變的AC-DC變換器。
背景技術(shù)：
電力電子變壓器主要由電力電子變換器、高頻變壓器和控制器等組成。其中包括 IGBT或IGCT等高頻大功率電力電子器件的電力電子變換器是電力電子變壓器的核心，其功能是完成電能的頻率、幅值轉(zhuǎn)換；高頻變壓器的功能是隔離及變壓；控制器的功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)電能變換、電壓穩(wěn)定和電能質(zhì)量的控制。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?2139030. 4，
公開(kāi)日2003. 03. 12. 記載了一種“電力電子變壓器”，該技術(shù)電力電子變壓器基于三相-三相矩陣變換器結(jié)構(gòu)， 中間環(huán)節(jié)非常復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)難度非常高，經(jīng)濟(jì)性較低，難以實(shí)現(xiàn)和推廣應(yīng)用。進(jìn)一步檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?009100258 . 3，
公開(kāi)日2009. 11.04.記載了一種“多功能電力電子變壓器”，該技術(shù)的電力電子變壓器功能齊全，但是結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，控制難度非常高，可行性較低，難以實(shí)現(xiàn)和獲得廣泛應(yīng)用。WANG JUN等，“智能電網(wǎng)技術(shù)，，.IEEE Trans, on Industry Electronics Magzine (工業(yè)電子雜志).2009年6月.記載了一種“基于傳統(tǒng)思想的電力電子變壓器技術(shù)”，該技術(shù)具有較強(qiáng)的功能，但是高壓端具有兩級(jí)變換器，結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，控制難度非常高，可行性較低。電力電子變壓器主要由初、次級(jí)功率變換器以及聯(lián)系二者之間的高頻變壓器構(gòu)成。從電力電子變壓器的輸入輸出特性看，相當(dāng)于AC/AC變換。其基本工作原理為輸入的工頻電壓經(jīng)過(guò)原邊變換器調(diào)制為高頻交流電壓，通過(guò)高頻變壓器耦合至副邊，再通過(guò)副邊的功率變換器將其轉(zhuǎn)換為所要求的電壓。電力電子變壓器具有體積小、功率因數(shù)高、便于自動(dòng)監(jiān)控等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)上，電力電子變壓器最終需要產(chǎn)生交流電壓輸出，但是其中間環(huán)節(jié)必須包含有直流環(huán)節(jié)。另外，隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，在配電領(lǐng)域中勢(shì)必要出現(xiàn)一種高壓交流輸入-電壓直流輸出的應(yīng)用場(chǎng)合，直接將高壓交流電壓引入到社區(qū)，可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，而且直流輸出作為母線(xiàn)可以為各種逆變?cè)O(shè)備供電，包括各種變頻家電和汽車(chē)充電設(shè)備， 也可以作為公共接口而接入各種新型能源。直流輸出的電力電子變壓器作為傳統(tǒng)電力電子變壓器的一種類(lèi)型，尚處于研究階段，需要更好的電路拓?fù)?、調(diào)制算法和控制理論的推出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足和直流輸出電力電子變壓器的具體情況，提供一種全橋整流-直流推挽逆變的AC-DC變換器，通過(guò)在網(wǎng)側(cè)將輸入工頻交流調(diào)制為高頻信號(hào)，經(jīng)高頻變壓器耦合到二次側(cè)后，在二次側(cè)進(jìn)行降壓AC-DC變換，通過(guò)單相整流器降頻還原成直流電壓，能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)側(cè)的單位輸入功率因數(shù)，抑制網(wǎng)側(cè)諧波電流，其后級(jí)也可以串聯(lián)DC-AC電路，提供用戶(hù)所需的交流電壓。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括依次串聯(lián)的降壓電路和整流電路，其中降壓電路通過(guò)單相全控整流電路將高壓工頻交流電壓轉(zhuǎn)換為高壓直流電壓，該高壓直流電壓再通過(guò)推挽變換器轉(zhuǎn)換成高壓高頻脈沖交流電壓，并通過(guò)降壓變壓器降壓得到低壓高頻脈沖交流電壓；整流電路對(duì)輸出的低壓高頻脈沖交流電壓進(jìn)行整流，得到低壓直流電壓，該電壓再經(jīng)輸出濾波電容濾波得到穩(wěn)定的直流輸出，同時(shí)單相全控整流電路帶來(lái)單位輸入功率因數(shù)。所述的降壓電路，包括依次相連的升壓電感、單相輸入整流器、輸入濾波電容、交流斬波用推挽變換器以及用于降壓的高頻變壓器。所述的用于降壓電路的升壓電感為單只電感，一端與交流電源的正極相連，另一端與單相輸入整流器的一個(gè)橋臂相連。所述的用于降壓電路的單相輸入整流器由四只橋接的逆導(dǎo)型開(kāi)關(guān)組成，形成兩個(gè)橋臂，其另一輸入端與交流電源的負(fù)極相連。單相輸入整流器可以采用所有單相整流器的調(diào)制算法和控制原理，其中還可以包括單相功率因數(shù)校正算法，得到穩(wěn)定直流輸出電壓和線(xiàn)性輸入阻抗。所述的輸入濾波電容為電解電容組，跨接于單相輸入整流器的輸出端，其正極與高頻變壓器的中心抽頭相連，負(fù)極與交流斬波用推挽變換器的逆導(dǎo)開(kāi)關(guān)的下端相連。所述的用于降壓電路的交流斬波用推挽變換器的結(jié)構(gòu)為兩個(gè)逆導(dǎo)開(kāi)關(guān)組成的推挽變換結(jié)構(gòu)，第五、第六逆導(dǎo)開(kāi)關(guān)并聯(lián)，其下端均與輸入濾波電容的負(fù)極相連，第五逆導(dǎo)開(kāi)關(guān)的上端與高頻變壓器的輸入正極連接，第六逆導(dǎo)開(kāi)關(guān)的上端與高頻變壓器的輸入負(fù)極相連。交流斬波用推挽變換器可以采用50%占空比的脈沖控制信號(hào)，也可以采用基于其它調(diào)制算法和控制原理的脈沖控制信號(hào)，得到正負(fù)交替的高頻脈沖電壓。所述的用于降壓電路的高頻變壓器具有兩個(gè)同向串聯(lián)的初級(jí)繞組，其中心抽頭與輸入濾波電容的正極相連，兩端分別與第五、第六逆導(dǎo)開(kāi)關(guān)的上端相連，高頻變壓器的輸出端分別與單相輸出整流器的兩個(gè)輸入端相連。所述的整流電路，包括依次相連的單相輸出整流器和輸出濾波電容。所述的用于整流電路的單相輸出整流器為二極管整流橋，其兩個(gè)橋臂的中點(diǎn)與高頻變壓器的輸出端相連，輸出端與輸出濾波電容相連。所述的輸出濾波電容為電解電容組，跨接于單相輸出整流器的輸出端，其正極與負(fù)極分別與單相輸出整流器的輸出正極和負(fù)極相連。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下效果本發(fā)明用基于SiC IGBT的電力電子變壓器代替?zhèn)鹘y(tǒng)配電變壓器，采用電力電子變換技術(shù)對(duì)能量進(jìn)行轉(zhuǎn)換與控制。網(wǎng)側(cè)功率變換環(huán)節(jié)只采用了兩個(gè)功率器件，簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)，降低制造成本，具有構(gòu)思新穎、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、系統(tǒng)體積小、環(huán)保效果好等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的電路原理圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的電路原理圖3為本發(fā)明實(shí)施例3的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例1
如圖1所示，本實(shí)施例提供一種全橋整流-直流推挽逆變的AC-DC變換器，包括降壓電路1和與之相連的整流電路2，其中降壓電路1中將高壓工頻交流電壓轉(zhuǎn)換成低壓高頻交流電壓。整流電路2中，將低壓高頻交流電壓轉(zhuǎn)換為低壓直流電壓，后級(jí)可串聯(lián)阻抗變換電路，獲得線(xiàn)性輸入阻抗和線(xiàn)性網(wǎng)側(cè)阻抗，保證良好的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)。所述的降壓電路1，包括依次相連的升壓電感Li、單相輸入整流器(圖中SfS4所示)、輸入濾波電容E1、交流斬波用推挽變換器(圖中S5與S6所示)以及用于降壓的高頻變壓器Tl。所述的用于降壓電路1的升壓電感Ll為單只電感，一端與交流電源的正極ACL相連，另一端與單相輸入整流器(圖中SfS4)的一個(gè)橋臂相連。所述的用于降壓電路1的單相輸入整流器(圖中SfS4)由四只橋接的逆導(dǎo)型開(kāi)關(guān)組成，形成兩個(gè)橋臂，其另一輸入端與交流電源的負(fù)極ACN相連。單相輸入整流器可以采用所有單相整流器的調(diào)制算法和控制原理，其中還可以包括單相功率因數(shù)校正算法，得到穩(wěn)定直流輸出電壓和線(xiàn)性輸入阻抗。所述的用于降壓電路1的輸入濾波電容El為電解電容組，跨接于單相輸入整流器 (圖中SfS4)的輸出端，其正極與高頻變壓器Tl的中心抽頭相連，負(fù)極與交流斬波用推挽變換器(圖中S5與S6)的逆導(dǎo)開(kāi)關(guān)S5與S6的下端相連。所述的用于降壓電路1的交流斬波用推挽變換器(圖中S5與S6)的結(jié)構(gòu)為兩個(gè)逆導(dǎo)開(kāi)關(guān)組成的推挽變換結(jié)構(gòu)，第五、第六逆導(dǎo)開(kāi)關(guān)S5與S6并聯(lián)，其下端均與輸入濾波電容 El的負(fù)極相連，第五逆導(dǎo)開(kāi)關(guān)S5的上端與高頻變壓器Tl的輸入正極連接，第六逆導(dǎo)開(kāi)關(guān) S6的上端與高頻變壓器Tl的輸入負(fù)極相連。交流斬波用推挽變換器可以采用50%占空比的脈沖控制信號(hào)，也可以采用基于其它調(diào)制算法和控制原理的脈沖控制信號(hào)，得到正負(fù)交替的高頻脈沖電壓。所述的用于降壓電路1的高頻變壓器Tl具有兩個(gè)同向串聯(lián)的初級(jí)繞組，其中心抽頭與輸入濾波電容El的正極相連，兩端分別與第五、第六逆導(dǎo)開(kāi)關(guān)S5與S6的上端相連，高頻變壓器的輸出端分別與單相輸出整流器(圖中DfD4)的兩個(gè)輸入端相連。所述的整流電路2，包括依次相連的單相輸出整流器(圖中DfD4)和輸出濾波電容E2。所述的用于整流電路2的單相輸出整流器(圖中DfD4)為二極管整流橋，其兩個(gè)橋臂的中點(diǎn)與高頻變壓器Tl的輸出端相連，輸出端與輸出濾波電容E2相連。所述的用于整流電路2的輸出濾波電容E2為電解電容組，跨接于單相輸出整流器 (圖中DfD4)的輸出端，其正極與負(fù)極分別與單相輸出整流器(圖中DfD4)的輸出正極和負(fù)極相連。本實(shí)施例中所述的降壓電路1和整流電路2構(gòu)成了電力電子變壓器，其作用是通過(guò)提升高頻變壓器Tl的AC/AC變換工作頻率，來(lái)實(shí)現(xiàn)相比常規(guī)變壓器體積減少、重量變輕的目標(biāo)以及單位輸入功率因數(shù)、無(wú)諧波電流污染的目標(biāo)，從而大大減少無(wú)源器件的尺寸和重量。本實(shí)例中單相交流輸入電壓為10kV，單相輸入整流器51飛4、推挽變換器55、56、 高頻變壓器Tl以及單相輸出整流器Df D4等構(gòu)成的AC-DC變換器，將IOkV交流電壓變換為直流400V電壓，高頻變壓器Tl以及前級(jí)電路需要承受IOkV電壓等級(jí)，高頻變壓器Tl后級(jí)電路需要承受400V電壓等級(jí)。實(shí)施例2
如圖2所示，三相輸入、輸出并聯(lián)的全橋整流-直流推挽逆變的AC-DC變換器的示意圖。其中每個(gè)全橋整流-直流推挽逆變的AC-DC變換器的輸入端分別于三相交流電的任意兩相相連，該三組全橋整流-直流推挽逆變的AC-DC變換器的輸出端并聯(lián)且輸出直流電壓。本實(shí)施例能夠避免變壓器勵(lì)磁飽和，支持更大的功率輸出。實(shí)施例3
如圖3所示，輸入串聯(lián)、輸出串聯(lián)的全橋整流-直流推挽逆變的AC-DC變換器的示意圖。由三組相同結(jié)構(gòu)的全橋整流-直流推挽逆變的AC-DC變換器組成，該三組全橋整流-直流推挽逆變的AC-DC變換器的輸入端串聯(lián)，輸出端串聯(lián)并輸出直流電壓。本實(shí)施例能夠避免變壓器勵(lì)磁飽和，實(shí)現(xiàn)高電壓輸入和更大的功率輸出。本裝置采用降壓電路和整流電路后，無(wú)需后級(jí)串聯(lián)阻抗變換電路，就可以使得電力電子變換器的網(wǎng)側(cè)工作在單位功率因數(shù)下，消除諧波電流對(duì)電網(wǎng)的污染，有利于簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)、降低成本、增加效率和提高可靠性。同時(shí)由于降壓電路和整流電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制算法成熟，實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常容易，便于產(chǎn)品化和推廣應(yīng)用。降壓電路引入了推挽變換結(jié)構(gòu)，可以采用交流斬波常規(guī)算法或者其它算法，實(shí)現(xiàn)高壓工頻交流電壓到高壓高頻交流電壓變換，電路結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)，功率器件數(shù)量少，成本大大降低，控制也更加簡(jiǎn)便；整流電路采用單相整流器實(shí)現(xiàn)AC-DC變換。本例電力電子變換器還可以推廣到三相高壓交流電壓輸入-低壓直流輸出的應(yīng)用場(chǎng)合。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.一種全橋整流-直流推挽逆變的AC-DC變換器，其特征在于包括依次串聯(lián)的降壓電路和整流電路，所述的降壓電路包括依次相連的升壓電感、單相輸入整流器、輸入濾波電容、交流斬波用推挽變換器以及用于降壓的高頻變壓器；所述的整流電路包括依次相連的單相輸出整流器和輸出濾波電容；其中降壓電路通過(guò)單相全控整流電路將高壓工頻交流電壓轉(zhuǎn)換為高壓直流電壓，該高壓直流電壓再通過(guò)推挽變換器轉(zhuǎn)換成高壓高頻脈沖交流電壓，并通過(guò)降壓變壓器降壓得到低壓高頻脈沖交流電壓；整流電路對(duì)輸出的低壓高頻脈沖交流電壓進(jìn)行整流，得到低壓直流電壓，該電壓再經(jīng)輸出濾波電容濾波得到穩(wěn)定的直流輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全橋整流-直流推挽逆變的AC-DC變換器，其特征是，所述的用于降壓電路的升壓電感為單只電感，一端與交流電源的正極相連，另一端與單相輸入整流器的一個(gè)橋臂相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全橋整流-直流推挽逆變的AC-DC變換器，其特征是，所述的單相輸入整流器由四只橋接的逆導(dǎo)型開(kāi)關(guān)組成，形成兩個(gè)橋臂，其另一輸入端與交流電源的負(fù)極相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全橋整流-直流推挽逆變的AC-DC變換器，其特征是，所述的輸入濾波電容為電解電容組，跨接于單相輸入整流器的輸出端，其正極與高頻變壓器的中心抽頭相連，負(fù)極與交流斬波用推挽變換器的逆導(dǎo)開(kāi)關(guān)的下端相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全橋整流-直流推挽逆變的AC-DC變換器，其特征是，所述的交流斬波用推挽變換器的結(jié)構(gòu)為兩個(gè)逆導(dǎo)開(kāi)關(guān)組成的推挽變換結(jié)構(gòu)，第五、第六逆導(dǎo)開(kāi)關(guān)并聯(lián)，下端均與輸入濾波電容的負(fù)極相連，第五逆導(dǎo)開(kāi)關(guān)的上端與高頻變壓器的輸入正極連接，第六逆導(dǎo)開(kāi)關(guān)的上端與高頻變壓器的輸入負(fù)極相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的全橋整流-直流推挽逆變的AC-DC變換器，其特征是，所述的交流斬波用推挽變換器采用50%占空比的脈沖控制信號(hào)，或采用基于其它調(diào)制算法和控制原理的脈沖控制信號(hào)，得到正負(fù)交替的高頻脈沖電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全橋整流-直流推挽逆變的AC-DC變換器，其特征是，所述的高頻變壓器具有兩個(gè)同向串聯(lián)的初級(jí)繞組，其中心抽頭與輸入濾波電容的正極相連，兩端分別與第一、第二逆導(dǎo)開(kāi)關(guān)的上端相連，高頻變壓器的輸出端分別與單相輸出整流器的兩個(gè)輸入端相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全橋整流-直流推挽逆變的AC-DC變換器，其特征是，所述的單相輸出整流器為二極管整流橋，其兩個(gè)橋臂的中點(diǎn)與高頻變壓器的輸出端相連，輸出端與輸出濾波電容相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全橋整流-直流推挽逆變的AC-DC變換器，其特征是，所述的輸出濾波電容為電解電容組，跨接于單相輸出整流器的輸出端，其正極與負(fù)極分別與單相輸出整流器的輸出正極和負(fù)極相連。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全橋整流-直流推挽逆變的AC-DC變換器，其特征是，由三組所述全橋整流-直流推挽逆變的AC-DC變換器組成三相輸入、輸出并聯(lián)的全橋整流-直流推挽逆變的AC-DC變換器，其中每個(gè)全橋整流-直流推挽逆變的AC-DC變換器的輸入端分別于三相交流電的任意兩相相連，該三組全橋整流-直流推挽逆變的AC-DC變換器的輸出端并聯(lián)且輸出直流電壓；或者，由三組所述全橋整流-直流推挽逆變的AC-DC變換器組成輸入串聯(lián)、輸出串聯(lián)的全橋整流-直流推挽逆變的AC-DC變換器，該三組全橋整流-直流推挽逆變的AC-DC變換器的輸入端串聯(lián)，輸出端串聯(lián)并輸出直流電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種電力電子變換技術(shù)領(lǐng)域的全橋整流-直流推挽逆變的AC-DC變換器，包括依次串聯(lián)的降壓電路和整流電路，降壓電路通過(guò)單相全控整流電路將高壓工頻交流電壓轉(zhuǎn)換為高壓直流電壓，再通過(guò)推挽變換器轉(zhuǎn)換成高壓高頻脈沖交流電壓，并通過(guò)變壓器降壓得到低壓高頻脈沖交流電壓；整流電路對(duì)低壓高頻脈沖交流電壓進(jìn)行整流，得到低壓直流電壓，再經(jīng)輸出濾波電容濾波得到穩(wěn)定的直流輸出。電路后級(jí)可以串聯(lián)阻抗變換電路得到線(xiàn)性輸入阻抗，反射到高壓交流電網(wǎng)后，得到網(wǎng)側(cè)線(xiàn)性輸入阻抗和單位輸入功率因數(shù)。本發(fā)明通過(guò)降壓電路和整流電路實(shí)現(xiàn)高壓交流電壓到低壓直流電壓的變換，具有功率器件少、總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、整體性能更加完善之優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02M3/335GK102291019SQ201110206910
公開(kāi)日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月22日
發(fā)明者曹中圣, 李華武, 楊喜軍, 馬紅星 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)