基于双向管嵌入式级联的单相三电平整流器

技术领域

本发明属于电力电子电能变换领域，具体涉及一种基于双向管嵌入式级联的单相三电平整流器。

背景技术

整流电路是将交流电变化成直流电的电路结构，现有的整流器电路主要采用两电平的方式，但是，在实际的应用中，两电平电路电平数较少，谐波含量较低，滤波成本较高。因此，不少学者相继提出一些多电平变换器，但现有的多电平变换器主要应用在逆变器电路中，在整流电路中较少的电路采用多电平。

目前，不少学者相继提出一些新型的整流变换器电路，其中新型单相三电平电路逐渐引起学者重视和深入研究，最主要的特点在于此类电路输出电压等级较高、谐波含量较小、滤波电感体积较小。因此，逐渐成为当下的主流研究方向，并且不断有新型电路结构被提出，不断应用在实际电路中。

基于以上的问题和研究背景，研究一种基于双向管嵌入式单相三电平整流器电路。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种基于双向管嵌入式级联的单相三电平整流器，采用第一双向管和第二双向管级联的新思路实现单相三电平整流器，不仅实现单相三电平整流，而且实现功率因数的校正，并减少开关管数量。

本发明的技术方案是基于双向管嵌入式级联的单相三电平整流器，包括级联的第一双向管和第二双向管，以及串联的电容C

优选地，开关管S3反并联二极管D

进一步地，二极管D

优选地，所述单相三电平整流器还包括二极管D

优选地，开关管S

进一步地，开关管S

基于双向管嵌入式级联的单相三电平整流器的控制方法，通过控制开关管S

工作模态1：所述单相三电平整流器工作在交流输入正半周期，整流输入电压U

工作模态2：所述单相三电平整流器工作在交流输入正半周期，整流输入电压U

工作模态3：所述单相三电平整流器工作在交流输入正半周期，整流输入电压U

工作模态4：所述单相三电平整流器工作在交流输入负半周期，整流输入电压U

工作模态5：所述单相三电平整流器工作在交流输入负半周期，整流输入电压U

工作模态6：所述单相三电平整流器工作在交流输入负半周期，整流输入电压U

本发明的有益效果包括：

1）本发明的单相三电平整流器相比现有的单相三电平整流器，开关管数量更少，同时提高了输出电压等级。

2）本发明采用双向管级联嵌入的方式实现三电平整流，为三电平整流电路提供了新思路和方法。

3）本发明不仅实现了单相三电平整流，还实现了功率因数校正即单位功率因数。

4）本发明的控制方法使储能电感在多个工作模态中电感电压低于直流母线电压，提高了整流器的可靠性和耐用性，延长了储能电感的使用寿命。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明实施例的单相三电平整流器的电路图。

图2为本发明的工作模态1的电流回路的示意图。

图3为本发明的工作模态2的电流回路的示意图。

图4为本发明的工作模态3的电流回路的示意图。

图5为本发明的工作模态4的电流回路的示意图。

图6为本发明的工作模态5的电流回路的示意图。

图7为本发明的工作模态6的电流回路的示意图。

图8为本发明实施例的单相三电平整流器的交流输入电压

图9为本发明实施例的整流输入电压

图10为本发明实施例的单相三电平整流器的直流输出电压

图11为本发明实施例的单相三电平整流器的开关管的脉冲控制信号波形图。

具体实施方式

如图1所示，基于双向管嵌入式级联的单相三电平整流器，包括交流电源Us、电感L、开关管S

电感L的不连接交流电源Us的端部与二极管D

开关管S

电解电容C

开关管S

在每个交流输入工频周期内，通过控制开关管S

工作模态1：如图2所示，电路工作在交流输入正半周期，整流输入电压U

工作模态2：如图3所示，电路工作在交流输入正半周期，整流输入电压U

工作模态3：如图4所示，电路工作在交流输入正半周期，整流输入电压U

工作模态4：如图5所示，电路工作在交流输入负半周期，整流输入电压U

工作模态5：如图6所示，电路工作在交流输入负半周期，整流输入电压U

工作模态6：如图7所示，电路工作在交流输入负半周期，整流输入电压U

工作模态1-6下开关管的导通关断以及电容C

表1 基于双向管嵌入式单相三电平整流器各工作模态的开关管状态及电压参数表

实施例中，对本发明的基于双向管嵌入式级联的单相三电平整流器进行实验验证，实验参数如表2所示。

表2 基于双向管嵌入式级联的单相三电平整流器的实验参数表

图8为本发明的单相整流输入电压电流波形图，其中

图9为本发明的单相整流输入U

图10为本发明的单相整流输出电压电流波形图，其中

图11为本发明实施例的单相三电平整流器的开关管S

本发明的另一种实施例中省略二极管D