一体化三相AC/DC隔离式双向变换器制造技术

本发明专利技术涉及一种一体化三相ＡＣ／ＤＣ隔离式双向变换器，其主电路由开关管（ＶＱ↓［１］～ＶＱ↓［６］）、变压器（Ｔ↓［１］～Ｔ↓［３］）、交流电容（Ｃ↓［１］～Ｃ↓［３］）和母线电容（Ｃ↓［ｄ１］、Ｃ↓［ｄ２］）、谐振电容（Ｃ↓［ｒ１］、Ｃ↓［ｒ２］）、滤波电容（Ｃ↓［ｏ］）、滤波电感（Ｌ↓［ｏ１］、Ｌ↓［ｏ２］）、同步整流管（ＶＳ↓［１］、ＶＳ↓［２］）构成。ＶＱ↓［１］～ＶＱ↓［６］组成ＰＷＭ三相桥，Ｃ↓［１］～Ｃ↓［３］兼作ＤＣ／ＤＣ变换的隔直电容，Ｔ↓［１］～Ｔ↓［３］的初级电感兼作输入滤波电感。该变换器采用单一的三相全控桥，既实现ＰＷＭ整流，又完成ＤＣ／ＤＣ隔离变换，还可以能量双向传输。该变换器具有完美的一体化结构，整机效率高、控制简单、可靠性高、体积小，成本低，可广泛应用于三相ＡＣ／ＤＣ隔离电源和ＵＰＳ电源。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种一体化三相AC/DC隔离式双向变换器。目前，工业等许多领域需要大量的AC/DC隔离式电源，大功率一般采用三相交流输入、两级电路方案，如附图说明图1所示，即前级为三相不控(或相控)整流，产生直流母线电压；后级为DC/DC全桥变换，隔离输出稳定的直流电压。这种前级整流方式产生很大的畸变电流，造成电网谐波污染，降低功率因数，且直流侧能量无法回馈电网。而近年来出现的三相桥式PWM整流器，具有输入功率因数高(近似为1)、输出直流母线电压稳定、可实现能量双向传输等优点，但其与后级电路的总体效率及可靠性较低，元器件多、控制复杂，体积大、成本高。本专利技术的目的是，克服上述现有技术的不足，提供一种一体化三相AC/DC隔离式双向变换器，它充分利用单级PWM三相全控桥和输入LC滤波器件，既实现了输入端PWM整流，又输出了隔离稳定的直流电压，还具有能量双向传输的特点。并且控制方法可采用现有的成熟技术，从而提高效率及可靠性，减小体积和成本。本专利技术是这样实现的。一种一体化三相AC/DC隔离式双向变换器，其主电路拓扑分输入侧和输出侧两部分，如图2所示。输入侧由六个开关管(VQ1～VQ6)、三个隔离变压器(T1、T2、T3)、三个交流滤波电容(C1、C2、C3)和两个直流母线电容(Cd1、Cd2)构成。三个隔离变压器(T1、T2、T3)各有一个初级绕组(Lp1、Lp2、Lp3)，各有一个次级绕组(Ls1、Ls2、Ls3)或多个。输出侧由两个谐振电容(Cr1、Cr2)、直流滤波电容(Co)、两个滤波电感(Lo1、Lo2)、两个同步整流管(或二极管)(VS1、VS2)构成。当只要求能量从交流侧到直流侧传输时，两个同步整流管可用二极管代替，并且可去掉一个谐振电容(Cr1)。1、该变换器各元器件的连接关系六个开关管(VQ1～VQ6)组成三相全控桥，即三个开关管(VQ1、VQ3、VQ5)的集电极接在一起，连接母线电容(Cd1)的正极，并作为直流母线的极，另三个开关管(VQ2、VQ4、VQ6)的发射极接在一起，连接母线电容(Cd2)的负极，并作为直流母线的极；VQ1的发射极连接VQ2的集电极，并作为节点a，VQ3的发射极连接VQ4的集电极，并作为节点b，VQ5的发射极连接VQ6的集电极，并作为节点c；Cd1的负极连接Cd2的正极，并作为中点N。三个交流滤波电容(C1、C2、C3)的一端连在一起，并且连接中点N(或直流母线的极或极)；C1的另一端连接变压器(T1)的初级绕组(Lp1)的一端，Lp1的另一端连接节点a；C2的另一端连接变压器(T2)的初级绕组(Lp2)的一端，Lp2的另一端连接节点b；C3的另一端连接变压器(T3)的初级绕组(Lp3)的一端，Lp3的另一端连接节点c。三个隔离变压器(T1、T2、T3)的次级绕组(Ls1、Ls2、Ls3)串联，即Ls1的①端连接Ls2的②端，Ls2的①端连接Ls3的②端，Ls3的①端连接谐振电容(Cr2)的一端和同步整流管(VS2)的漏极；Cr2的另一端连接谐振电容(Cr1)的一端和同步整流管(VS1)的漏极，Cr1的另一端连接Ls1的②端。当只要求能量从交流侧到直流侧传输时，可将谐振电容(Cr1)的两端短路连接，并去掉Cr1。两个同步整流管(VS1、VS2)等组成倍流整流滤波网络，即两个同步整流管(VS1、VS2)的源极接在一起，并且连接直流滤波电容(Co)的负极；两个滤波电感(Lo1、Lo2)的一端接在一起，并且连接直流滤波电容(Co)的正极；滤波电感(Lo1)的另一端连接同步整流管(VS1)的漏极，滤波电感(Lo2)的另一端连接同步整流管(VS2)的漏极。负载即与直流滤波电容(Co)并联。2、该变换器的工作原理VQ1～VQ6组成PWM三相全控桥，C1、C2、C3兼作DC/DC隔离变换的隔直电容，T1、T2、T3的初级电感Lp1、Lp2、Lp3兼作交流输入滤波电感，次级绕组Ls1、Ls2、Ls3串联，其漏感与Cr1、Cr2组成串联谐振环节，VS1、VS2、Lo1、Lo2、Co构成倍流整流滤波网络。首先，该变换器具有PWM整流功能。它通过改变调制波的幅值和相位来调节输入功率因数和直流母线电压。设主电路参数一致，即Lp1=Lp2=Lp3=LpLs1=Ls2=Ls3=Lsk1=k2=k3=kC1=C2=C3=CR1=R2=R3=r---(1)]]>式中k1、k2、k3——分别为三个变压器的初/次级绕组耦合系数；R1、R2、R3——分别为三个变压器初级电感的寄生电阻。若三相输入电压为ua=Um·sinωtub=Um·sin(ωt+2π/3)uc=Um·sin(ωt-2π/3)---(2)]]>则用于产生PWM驱动信号的三相调制波为va*=m·sin(ωt+δ)vb*=m·sin(ωt+2π/3+δ)vc*=m·sin(ωt-2π/3+δ)---(3)]]>式中m——调制比；δ——vpi滞后于ui的相位角，vpi为桥臂中点输出电压基波(i＝a，b，c)。文献，建立了三相PWM整流器的交流侧低频方程ia′ib′ic′=-rLp100010001·iaibic-Ud2Lp100010001·va*vb*vc*+1Lp100010001·uaubuc---(4)]]>式中ia、ib、ic——三相输入电流；ia′、ib′、ic′、——三相输入电流的导数。由式(4)可见，三相PWM整流器在三相电源稳定及主电路参数一定时，三相输入电流受调制波va*、vb*、vc*的控制。采用一定的控制策略来调节调制波，可使三相输入电流为与三相输入电压同相的正弦波形。该文献还进一步给出输出直流母线电压Ud与系统参数的关系Ud=6mRd(r·cosδ+ωLp·sinδ)8(ω2Lp2+r2)+3m2Rdr·Um---(5)]]>式中Rd——PWM整流器的等效负载电阻。由式(5)可见，一旦主电路参数Um、Lp、r、Rd确定，则改变调制比m和相位角δ，即可对直流母线电压Ud进行调节。综合式(4)、(5)可知，调节调制比m和相位角δ不但可以调节输入电流波形和功率因数，还可以稳定直流母线电压。控制策略可以采用电压-电流双闭环控制、单周期控制等。其次，该变换器具有DC/DC隔离变换功能。它通过调频方式(PFM)调节输出电压，属于谐振式变换器。从DC/DC变换的角度看，单相等效电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种一体化三相ＡＣ／ＤＣ隔离式双向变换器，其主电路拓扑分输入侧和输出侧两部分，输入侧由六个开关管（ＶＱ↓［１］、ＶＱ↓［２］、ＶＱ↓［３］、ＶＱ↓［４］、ＶＱ↓［５］、ＶＱ↓［６］）、三个隔离变压器（Ｔ↓［１］、Ｔ↓［２］、Ｔ↓［３］）、三个交流滤波电容（Ｃ↓［１］、Ｃ↓［２］、Ｃ↓［３］）和两个直流母线电容（Ｃ↓［ｄ１］、Ｃ↓［ｄ２］）构成；输出侧由两个谐振电容（Ｃ↓［ｒ１］、Ｃ↓［ｒ２］）、直流滤波电容（Ｃ↓［ｏ］）、两个滤波电感（Ｌ↓［ｏ１］、Ｌ↓［ｏ２］）、两个同步整流管［或二极管］（ＶＳ↓［１］、ＶＳ↓［２］）构成；三个隔离变压器（Ｔ↓［１］、Ｔ↓［２］、Ｔ↓［３］）各有一个初级绕组（Ｌ↓［ｐ１］、Ｌ↓［ｐ２］、Ｌ↓［ｐ３］），各有一个次级绕组（Ｌ↓［ｓ１］、Ｌ↓［ｓ２］、Ｌ↓［ｓ３］）或多个；三个开关管（ＶＱ↓［１］、ＶＱ↓［３］、ＶＱ↓［５］）的集电极接在一起，连接母线电容（Ｃ↓［ｄ１］）的正极，并作为直流母线的⊕极，另三个开关管（ＶＱ↓［２］、ＶＱ↓［４］、ＶＱ↓［６］）的发射极接在一起，连接母线电容（Ｃ↓［ｄ２］）的负极，并作为直流母线的＊极；开关管（ＶＱ↓［１］）的发射极连接开关管（ＶＱ↓［２］）的集电极，并作为节点ａ，开关管（ＶＱ↓［３］）的发射极连接开关管（ＶＱ↓［４］）的集电极，并作为节点ｂ，开关管（ＶＱ↓［５］）的发射极连接开关管（ＶＱ↓［６］）的集电极，并作为节点ｃ；母线电容（Ｃ↓［ｄ１］）的负极连接母线电容（Ｃ↓［ｄ２］）的正极，并作为中点Ｎ；两个同步整流管（ＶＳ↓［１］、ＶＳ↓［２］）的源极接在一起，并且连接直流滤波电容（Ｃ↓［ｏ］）的负极；两个滤波电感（Ｌ↓［ｏ１］、Ｌ↓［ｏ２］）的一端接在一起，并且连接直流滤波电容（Ｃ↓［ｏ］）的正极；滤波电感（Ｌ↓［ｏ１］）的另一端连接同步整流管（ＶＳ↓［１］）的漏极，滤波电感（Ｌ↓［ｏ２］）的另一端连接同步整流管（ＶＳ↓［２］）的漏极；其特征是：三个交流滤波电容（Ｃ↓［１］、Ｃ↓［２］、Ｃ↓［３］）的一端连在一起，并且连接中点Ｎ（或直流母线的＊极或⊕极）；交流滤波电容（Ｃ↓［１］）的另一端连接变压器（Ｔ↓［１］）的初级绕组（Ｌ↓［ｐ１］）的一端，初级绕组（Ｌ↓［ｐ１］）的另一端连接节点ａ；交流滤波电容（Ｃ↓［２］）的另一端连接变压器（Ｔ↓［２］）的初级绕组（Ｌ↓［ｐ２］）的一端，初级绕组（Ｌ↓［ｐ２］）的另一端连接节点ｂ；交流滤波电容（...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张焱植，
申请(专利权)人：周春香，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]