基于单相网格三电平伪图腾柱的直流充电器

技术领域

本发明涉及电力电子电能变换技术领域，具体涉及一种基于单相网格三电平伪图腾柱的直流充电器。

背景技术

随着近几年经济的飞速发展，电动汽车保有量不断攀升，发展纯电动汽车最重技术之一要是充电技术，大量充电站和充电桩的建设带来的大量充电设备接入电网，充电电源的性能会对电网和充电设备带来不同的影响。传统单相充电器的前端由于二极管整流桥的存在，使得充电器器的效率无法进一步提高，而全桥型的交直流变换器用全控开关管代替二极管作为整流桥，直流充电器的效率得到提高的同时，也带来了桥臂直通、开关损耗增大等问题。其中，伪图腾柱两电平整流电路结构以高效率、无桥臂直通的特点占据优势。但是伪图腾柱两电平器件承受直流侧电压，器件承受电压大、管子通态损耗大等问题，使得基于两电平伪图腾柱结构的直流充电器成本高、效率等问题。另外，两电平伪图腾柱结构限制直流充电器在中高压功率直流充电场合下的应用。

发明内容

本发明提供一种基于单相网格三电平伪图腾柱的直流充电器，将传统的伪图腾柱式结构与三电平整流桥结合，利用一对双向开关管结构保持伪图腾柱两电平整流器优势的同时，利用三电平技术解决两电平整流器功率器件所受电压应力高的问题。该三电平整流器提高了电路的可靠性、降低开关电压应力、提高电流正弦度、降低了谐波含量。

本发明采取的技术方案为：

基于单相网格三电平伪图腾柱的直流充电器，该直流充电器包括：

伪图腾柱桥臂、滤波电路、单相网格三电平整流桥；

所述伪图腾柱桥臂包括开关管：S

所述滤波电路包括电感L

所述单相网格三电平整流桥包括二极管D

双回路网孔双向开关管包括开关管S

交流电源u

电感L

电感L

开关管S

开关管S

二极管D

二极管D

电容C

负载R

所述伪图腾柱桥臂由全控开关管和二极管组成一对不对称的整流桥臂，每支桥臂包括1个功率开关器件，1个钳位二极管。

所述单相网格三电平整流桥包含两个双向开关开关管，任意一个双向开关开关管由2个全控型开关管和2个二极管组成，与电感L

所述单相网格三电平整流桥中包含两个相同结构的网孔双向开关，分别与两并联电感L

该直流充电器电路在交流电源的一端并联两个相同的电感，双管结构升压变换器使得部分开关管电压/电流应力较低，开关管的导通损耗小，电压增益更高。

基于单相网格三电平伪图腾柱的直流充电器中的桥臂采用伪图腾住式结构，保留伪图腾柱式结构不存在桥臂直通隐患、无开关管体二极管反向恢复问题，可靠性高、效率高等优点。所述开关管S

本发明一种基于单相网格三电平伪图腾柱的直流充电器，具有如下有益效果：

1)本发明采用伪图腾柱式结构，保留伪图腾柱整流器无桥臂直通隐患、无开关管体二极管反向恢复问题、可靠性高、效率高等优点。

2)本发明将伪图腾柱结构与单相网格三电平整流桥相结合，在传统的伪图腾整流器的基础上，增加一组二极管桥臂和双向开关管，降低了开关应力，解决了开关管耐压高的问题，适合高压输出场合。

3)本发明采用双回路网孔双向开关管分别与电感L

4)本发明基于单相网格三电平伪图腾柱的直流充电器，融合伪图腾柱整流技术及三电平拓扑技术，相对于传统的升压功率因数校正整流器，能有效地降低开关管的应力，开关管的导通损耗小，且不存在桥臂直通现象；同时由于电路中存在网孔型双向开关支路，基于单相网格三电平伪图腾柱的直流充电器的可靠性被大大提高。

附图说明

图1为本发明一种基于单相网格三电平伪图腾柱的直流充电器主拓扑结构图。

图2为本发明一种基于单相网格三电平伪图腾柱的直流充电器工作状态阶段一图。

图3为本发明一种基于单相网格三电平伪图腾柱的直流充电器工作状态阶段二图。

图4为本发明一种基于单相网格三电平伪图腾柱的直流充电器工作状态阶段三图。

图5为本发明一种基于单相网格三电平伪图腾柱的直流充电器工作状态阶段四图。

图6为本发明一种基于单相网格三电平伪图腾柱的直流充电器工作状态阶段五图。

图7为本发明一种基于单相网格三电平伪图腾柱的直流充电器工作状态阶段六图。

图8为本发明一种基于单相网格三电平伪图腾柱的直流充电器中开关管S

图9为本发明一种基于单相网格三电平伪图腾柱的直流充电器稳定状态下输入侧电压电流波形图。

图10为本发明一种基于单相网格三电平伪图腾柱的直流充电器稳定状态下电感L

图11为本发明一种基于单相网格三电平伪图腾柱的直流充电器稳定状态下电感L

图12为本发明一种基于单相网格三电平伪图腾柱的直流充电器稳定状态下电压u

图13为本发明一种基于单相网格三电平伪图腾柱的直流充电器稳定状态下电压u

图14为本发明一种基于单相网格三电平伪图腾柱的直流充电器稳定状态下直流输出电压u

具体实施方式

如图1所示，基于单相网格三电平伪图腾柱的直流充电器，该直流充电器包括一对伪图腾柱桥臂、滤波电路、单相网格三电平整流桥。

所述一对伪图腾柱桥臂结构包括两个全控功率开关管S

所述滤波电路由滤波电感L

所述单相网格三电平整流桥由2个二极管D

上网孔双向开关包括2个全控型开关管S

下网孔双向开关与上网孔双向开关一致，全控型开关管S

具体实验参数如下：

基于单相网格三电平伪图腾柱的直流充电器输入侧中电网电压有效值为220V，频率50Hz,直流侧输出电压400V，开关频率为20kHz，滤波电感L

基于单相网格三电平伪图腾柱的直流充电器，电路正常工作时，稳定状态下共有六种工作模式：

(1)正半周期的三种工作模式：

如图2所示，模式一：开关管S

如图3所示，模式二：开关管S

如图4所示，模式三：开关管S

(2)负半周期三种工作方式：

如图5所示，模式四：开关管S

如图6所示，模式五：开关管S

如图7所示，模式六：开关管全关断，交流电源u

在图2～图7所示的六种工作模式下，网侧输入电流i

表1开关管S

如表1所示，在一个周期内，电路共有六种工作模式，当u

由图9所示，将交流电压乘以0.1倍的增益，与电感电流用一个示波器进行比较，交流输入电压与输入电流同相位，能实现高功率因数；

图10是流过电感L

图12是电压u