二极管桥臂并联型的三电平整流充电器

技术领域

本发明涉及电力变换技术领域，具体涉及一种二极管桥臂并联型的三电平整流充电器。

背景技术

传统的两电平整流器所承受的电压应力高、输入电流谐波大，因此多电平整流器应用将越来越广。相比较两电平的整流器，三电平整流器具有更多的电平数，因此其输入PWM波形更加接近正弦波；在开关频率相同时，三电平整流器具有更少的高次谐波，更低的开关损耗；三电平整流器具有开关损耗低和谐波含量低、并且电容承受电压仅为直流电压一半，能显著地降低开关管电压应力。

发明内容

本发明提供一种二极管桥臂并联型的三电平整流充电器，设计有并联的开关管桥臂结构，具备可靠性较高，功率等级更高，输入电流高次谐波含量小，开关管电压应力低的优点。

本发明采取的技术方案为：

二极管桥臂并联型的三电平整流充电器，该整流器包括：

开关管S

交流电源u

交流电源u

电感L

电感L

二极管D

二极管D

二极管D

二极管D

开关管S

开关管S

电容C

负载R

所述电容C

所述开关管S

所述开关管S

本发明一种二极管桥臂并联型的三电平整流充电器，具有如下有益效果：

1)、本发明一种二极管桥臂并联型的三电平整流充电器，具有电感连接的并联二极管桥臂结构，本发明应用到两个双向开关管结构单元，两个双向开关分别由开关管S

2)、本发明三电平整流充电器拓扑，具有电感连接的并联二极管桥臂结构，此串联二极管桥臂单元模块可用作三电平模块化的功率单元结构。

3)、本发明在单位功率因数校正拓扑中，并联了两个串联二极管桥臂组成的三电平结构，在整流器拓扑中具有两个升压电路单元，具有双升压特点。另外，拓扑结构中两个电感分别连接两个串联二极管桥臂，任何一个桥臂发生故障情况下，整流器仍能正常工作，提高了电路工作可靠性，并且能在较高功率等级场合下工作。

4)、本发明提出二极管和全控器件相融合的两个串联二极管桥臂三电平结构，该结构具有可靠性高、功率较大、工作时开关频率较高，这样相对于传统两电平结构减小了输入电流纹波。

5)、本发明三电平整流充电器拓扑，采用三电平结构,该结构具有较大的功率密度，较小的电压应力，一定程度上延长了开关管的使用寿命。

6)、本发明三电平整流充电器，在一个交流输入周期内存在六个工作模态,该拓扑结构六个模态中两个并联开关管钳位支路上开关管触发脉冲分配一致，一定程度上简化了控制难度。

附图说明

图1为本发明一种二极管桥臂并联型的三电平整流充电器主拓扑结构图。

图2为本发明一种二极管桥臂并联型的三电平整流充电器工作模式一图。

图3为本发明一种二极管桥臂并联型的三电平整流充电器工作模式二图。

图4为本发明一种二极管桥臂并联型的三电平整流充电器工作模式三图。

图5为本发明一种二极管桥臂并联型的三电平整流充电器工作模式四图。

图6为本发明一种二极管桥臂并联型的三电平整流充电器工作模式五图。

图7为本发明一种二极管桥臂并联型的三电平整流充电器工作模式六图。

图8(a)为本发明稳态交流输入电压u

图8(b)为本发明稳态输出电压U

图8(c)为本发明稳态输出电压U

图9(a)为本发明开关管开关脉冲电压U

图9(b)为本发明开关管开关脉冲电压U

图9(c)为本发明开关管开关脉冲电压U

图10为本发明电感L

图11为本发明直流分裂电容C

具体实施方式

如图1所示，一种二极管桥臂并联型的三电平整流充电器，该整流充电器左侧为一个开关管桥臂S

本发明整流充电器包括开关管S

整流充电器左侧为开关管桥臂S

串联分裂电容C

两个双向开关分别由开关管两个双向开关分别由开关管S

交流电源u

电感L

交流电源u

开关管S

开关管S

开关管S

负载R

电路具体参数如下：

整流充电器输入侧电压有效值为220V，频率为50Hz,开关频率为20kHz，直流侧输出电压U

二极管桥臂并联型的三电平整流充电器，包括以下工作模式：

(1)工作模式一：如图2所示，电网电压u

(2)工作模式二：如图3所示，电网电压u

(3)工作模式三：如图4所示，电网电压u

(4)工作模式四：如图5所示，电网电压u

(5)工作模式五：如图6所示，电网电压u

(6)工作模式六：如图7所示，电网电压u

图8(a)为交流侧电压电流波形，表示本发明交流输入电压u

图8(b)为本发明稳态输出电压U

图8(c)表示本发明稳态输出电压U

图9(a)、图9(b)、图9(c)分别为本发明开关管开关脉冲电压信号。

图9(a)为开关管开关脉冲电压U

图9(b)为开关管开关脉冲电压U

图9(c)为开关管开关脉冲电压U

图10为本发明两电感L

图11为本发明直流分裂电容C

综上对实验结果的分析可知，本发明拓扑能实现功率因数校正，且直流电压输出稳定，具有良好的稳态性能。