專利名稱：三電平直流變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了三電平直流變換器，屬于電力電子器件的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來隨著對電力電子技術(shù)的深入研究，人們對使用市電的功率變換裝置的用電質(zhì)量提出了越來越嚴(yán)格的要求。國際電工委員會已經(jīng)制定了標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-3-2，對諧波含量進(jìn)行限制。這樣電氣裝置就有必要采用功率因數(shù)校正技術(shù)。中、大功率的高頻開關(guān)電源一般為三相380VAC±20%輸入，整流后的直流母線電壓最高將會達(dá)到640V左右；如果采用三相功率因數(shù)技術(shù)，直流母線電壓通常會達(dá)到760-800V，甚至?xí)哌_(dá)上千伏，這就使得后級直流變換器中開關(guān)管的電壓應(yīng)力大大增加，給器件的選取帶來了困難。三電平變換器是通過增加開關(guān)管的數(shù)量來降低變換器中開關(guān)管的電壓應(yīng)力，使之 適用于輸入電壓高的場合。半橋三電平變換器是最早提出的隔離型三電平變換器之一，它具有電路結(jié)構(gòu)簡單，可以實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，開關(guān)頻率恒定等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)有的三電平變換器具有點(diǎn)了復(fù)雜，操作繁瑣，功率開關(guān)管應(yīng)力打的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述背景技術(shù)的不足，提供了三電平直流變換器。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案
三電平直流變換器，包括分壓電路、三電平電路、直流變換器，所述分壓電路的輸入端接是直流電壓源，輸出端接三電平電路的輸入端；所述三電平電路的輸出端接直流變換器的輸入端；所述直流變換器的輸出端接濾波電路。所述三電平直流變換器中，直流變換器為全橋變換器或者半橋變換器。所述三電平直流變換器中，三電平電路為二極管鉗位型三電平逆變電路。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果
(1)所有開關(guān)管的電壓應(yīng)力均為輸入電壓的一半，適用于高壓輸入場合；
(2)采用半橋直流變換器或全橋直流變換器，簡化了電路構(gòu)成；
(3)可采用傳統(tǒng)的PWM控制或移相控制策略，簡單易行。


圖I為三電平直流變換器的電路圖。圖2為采用全橋變換器構(gòu)成的三電平直流變換器。圖3為采用半橋變換器構(gòu)成的三電平直流變換器。圖4至圖9為采用半橋變換器構(gòu)成的三電平直流變換器在6個開關(guān)模態(tài)的等效電路結(jié)構(gòu)不意圖。圖中標(biāo)號說明=Q1-Q6為第一三極管至第六三極管,C1-C6為第一開關(guān)管寄生電容至第六開關(guān)管寄生電容，D1-D6為第一開關(guān)管體二極管至第六開關(guān)管二極管，Cdl-Cd4S第一分壓電容至第四分壓電容，Css為飛跨電容，Dfl, Df2分別為第一續(xù)流二極管、第二續(xù)流二極管，Llk為寄生電感，Tr為隔離變壓器，Dei,De2分別為第一整流二極管、第二整流二極管，Lf為輸出濾波電感，Cf為輸出濾波電容，Rld為負(fù)載。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明
如圖I所示，三電平直流變換器包括分壓電路I，二極管鉗位型三電平逆變電路2，橋式變換器3。分壓電路I的輸入端接是直流電壓源Vin，輸出端接二極管鉗位型三電平逆變電路2的輸入端；二極管鉗位型三電平逆變電路2的輸出端接橋式變換器3的輸入端；橋式變換器3的輸出端接濾波電路4。分壓電路I為第一分壓電容Cdl、第二分壓電容Cd2組成的串聯(lián)支路，直流電壓源Vin 并聯(lián)在串聯(lián)支路兩端。二極管鉗位型三電平逆變電路2包括串聯(lián)連接的第一三極管Q1、第一續(xù)流二極管Dfl、第二續(xù)流二極管Df2、第二三極管Q2。第一三極管Q1的集電極、第二三極管Q2的集電極與分壓電路的兩端子連接，第一續(xù)流二極管Dfl、第二續(xù)流二極管Df2串聯(lián)支路的中點(diǎn)與第一分壓電容Cdl、第二分壓電容Cd2串聯(lián)支路的中點(diǎn)連接。第一三極管Ql的集電極與發(fā)射極之間接有第一開關(guān)管體二極管D1、第一開關(guān)管寄生電容C1，第二三極管Q2的集電極與發(fā)射極之間接有第二開關(guān)管體二極管D2、第二開關(guān)管寄生電容C2。飛跨電容Css并接在橋式變換器3輸入端的兩端子之間。輸出濾波電路包括串聯(lián)連接的輸出濾波電感Lf、輸出濾波電容Cf,負(fù)載Rld并聯(lián)在輸出濾波電容Cf的兩極。采用全橋變換器構(gòu)成的三電平直流變換器如圖2所示，半橋變換器有兩個橋臂一個橋臂由第五三極管Q5、第六三極管Q6串聯(lián)連接組成，其中點(diǎn)經(jīng)過寄生漏感Llk后與隔離變壓器I；原邊繞組的一個端子連接；另一個橋臂由第三三極管Q3、第四三極管Q4串聯(lián)連接組成，其中點(diǎn)與隔離變壓器I；原邊繞組的另一個端子連接。隔離變壓器I；副邊繞組的兩個端子分別接第一整流二極管Dki、第二整流二極管Dk2，第一整流二極管Dki陰極與第二整流二極管Dk2陰極連接后接輸出濾波電感Lf的一端，輸出濾波電感Lf的另一端接輸出濾波電容4的一極，隔離變壓器I；副邊繞組的中間抽頭接輸出濾波電容4的另一極。第三三極管Q3的集電極和發(fā)射極之間接有第三開關(guān)管體二極管D3、第三開關(guān)管寄生電容C3 ;第四三極管94的集電極和發(fā)射極之間接有第四開關(guān)管體二極管D4、第四開關(guān)管寄生電容C4 ;第五三極管Q5的集電極和發(fā)射極之間接有第五開關(guān)管體二極管D5、第五開關(guān)管寄生電容C5 ;第六三極管Q6的集電極和發(fā)射極之間接有第六開關(guān)管體二極管D6、第六開關(guān)管寄生電容C6。采用半橋變換器構(gòu)成的三電平直流變換器如圖3所示，半橋變換器有兩個橋臂一個橋臂由第三分壓電容Cd3、第四分壓電容Cd4串聯(lián)連接組成，其中點(diǎn)經(jīng)過寄生漏感Llk后與隔離變壓器Tr原邊繞組的一個端子連接；另一個橋臂由第三三極管Q3、第四三極管Q4串聯(lián)連接組成，其中點(diǎn)與隔離變壓器I；原邊繞組的另一個端子連接。隔離變壓器I；副邊繞組的兩個端子分別接第一整流二極管Dki、第二整流二極管Dk2，第一整流二極管Dki陰極與第二整流二極管Dk2陰極連接后接輸出濾波電感Lf的一端，輸出濾波電感Lf的另一端接輸出濾波電容Cf的一極，隔離變壓器I；副邊繞組的中間抽頭接輸出濾波電容Cf的另一極?，F(xiàn)在對采用板橋變換器的三電平直流變換器做開關(guān)模態(tài)的分析
在分析之前，作如下假設(shè)①所有開關(guān)管和二極管均為理想器件；②所有電感、電容和隔離變壓器均為理想組件；③飛跨電容Css足夠大，穩(wěn)態(tài)時其電壓為Vin/2 第三分壓電容Cd3和第四分壓電容Cd4容量很大且相等，其電壓均為飛跨電容Css電壓的一半，即Vcd3=Vcd4=Vin/4。I.開關(guān)模態(tài)I [tQ以前][對應(yīng)于圖4]
t0以前，第一三極管Q1和第三三極管Q3導(dǎo)通，原邊電流ip流經(jīng)第一分壓電容Cdl、第一三極管Q1、第三三極管Q3、隔離變壓器I；原邊繞組、第四分壓電容Cd4和第二續(xù)流二極管Df20 A B兩點(diǎn)間電壓Vba= Vin/4。第一整流管Dki導(dǎo)通，原邊向副邊提供能量。2.開關(guān)模態(tài)2 [t0-tj [對應(yīng)于圖5]·
t0時刻關(guān)斷第三三極管Q3, ip從第三三極管Q3轉(zhuǎn)移至第三開關(guān)管寄生電容C3、第四開關(guān)管寄生電容C4支路中，給第三開關(guān)管寄生電容C3充電，給第四開關(guān)管寄生電容C4放電。在第三開關(guān)管寄生電容C3、第四開關(guān)管寄生電容C4的緩沖作用下，第三三極管Q3近似為零電壓關(guān)斷，A B兩點(diǎn)間電壓vBA下降。到^時刻，第三開關(guān)管寄生電容(3的電壓升至Vin/2，第四開關(guān)管寄生電容C4的電壓降至零，第四開關(guān)管體二極管隊自然導(dǎo)通。A B兩點(diǎn)間電壓Vba和副邊整流電壓Vrat均下降至零。3.開關(guān)模態(tài)3 [trt2][對應(yīng)于圖6]
副邊整流電壓Vrert下降至零后，第二整流二極管Dk2導(dǎo)通，隔離變壓器I；副邊短路，隔離變壓器I；原邊電壓也為零。第四分壓電容兩端電壓Vcd4加在變壓器漏感Llk上，ip開始線性下降，并不足以提供負(fù)載電流，副邊整流管同時導(dǎo)通。4.開關(guān)模態(tài)4 [t2-t4][對應(yīng)于圖7]
ip下降至零后，忽略中間的諧振過程，ip將維持在零。副邊整流管同時導(dǎo)通，共同提供負(fù)載電流。第一三極管Q1關(guān)斷后，電路工作狀態(tài)不變。5.開關(guān)模態(tài)5 [t4-t5][對應(yīng)于圖8]
在該時段同時開通第二三極管Q2和第四三極管Q4,變壓器原邊漏感Llk兩端電壓為Vin/4, “在該電壓作用下反向線性上升，但仍不足以提供負(fù)載電流，副邊整流管依舊同時導(dǎo)通。6.開關(guān)模態(tài)6 [t5-t6][對應(yīng)于圖9]
到t5時刻，原邊電流反向增加到折算至原邊的負(fù)載電流，第一整流管Dki關(guān)斷，第二整流管Dk2流過全部負(fù)載電流。變換器進(jìn)入后半周期，工作情況與上述的半個周期類似。由以上描述可知，本發(fā)明提出的三電平直流變換器具有如下優(yōu)點(diǎn)
(1)所有開關(guān)管的電壓應(yīng)力均為輸入電壓的一半，適用于高壓輸入場合；
(2)采用半橋直流變換器或全橋直流變換器，簡化了電路構(gòu)成；
(3)可采用傳統(tǒng)的PWM控制或移相控制策略，簡單易行。
權(quán)利要求
1.三電平直流變換器，包括分壓電路、三電平電路、直流變換器，其特征在于所述分壓電路的輸入端接是直流電壓源，輸出端接三電平電路的輸入端；所述三電平電路的輸出端接直流變換器的輸入端；所述直流變換器的輸出端接濾波電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三電平直流變換器，其特征在于所述直流變換器為全橋變換器或者半橋變換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的的三電平直流變換器，其特征在于所述三電平電路為二極管鉗位型三電平逆變電路。
全文摘要
本發(fā)明公開了三電平直流變換器，屬于電力電子器件的技術(shù)領(lǐng)域。所述三電平直流變換器包括分壓電路、三電平電路、直流變換器，其特征在于所述分壓電路的輸入端接是直流電壓源，輸出端接三電平電路的輸入端；所述三電平電路的輸出端接直流變換器的輸入端；所述直流變換器的輸出端接濾波電路。本發(fā)明采用半橋直流變換器或全橋直流變換器，簡化了電路構(gòu)成；所有開關(guān)管的電壓應(yīng)力均為輸入電壓的一半，適用于高壓輸入場合；用傳統(tǒng)的PWM控制或移相控制策略，操作簡單易行。
文檔編號H02M7/483GK102891602SQ20121036671
公開日2013年1月23日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者檀三強(qiáng), 肖練, 朱忠偉, 季程榮 申請人:江蘇銀佳企業(yè)集團(tuán)有限公司