一种无输入储能电感软开关隔离型三相PFC变换器制造技术

本申请涉及一种无输入储能电感软开关隔离型三相PFC变换器，它包括输入开关型整流桥臂组、输入吸收缓冲单元、桥式谐振变换单元、变压器和次级整流输出单元；本实用新型专利技术通过对输入开关型整流桥臂组中的开关管施加“中”、“高”模式PWM驱动信号，同时对桥式谐振变换单元施加与输入开关型整流桥臂组二分之一频率的LLC全桥PWM驱动信号，实现三相无输入储能电感隔离谐振软开关整流变换及功率因数矫正；本实用新型专利技术的结构简单，实现了交直流转换功能、功率因素校正功能、隔离变换、软开关以及调压功能，降低了功率器件的开关损耗，适合于高功率密度场合。场合。场合。

A soft switching isolated three-phase PFC converter without input energy storage inductance

【技术实现步骤摘要】
一种无输入储能电感软开关隔离型三相PFC变换器


[0001]本申请涉及直流变换器
，具体涉及一种无输入储能电感软开关隔离型三相PFC 变换器。

技术介绍

[0002]近年来单体设备用电负荷的容量越来越大，大多是采用三相供电，比如电动汽车充电站等，假如没有PFC矫正功能就会对电网的电能质量产生很大破坏，严重时甚至会导致电网的瘫痪。随着国家对电能质量法规的要求越来越严格，目前较大功率的AC/DC电源都必须采用PFC(功率因素校正)电路，包括升压型(Boost)和降压型(Buck)两种，为获得较为稳定和安全的输出电压，一般都需要的在PFC变换器后级均需要增加一级隔离型直流变换器，所以长期以来，对于三相交流输入的交直流变换电路，一般为PFC+DC/DC两级电路。由于两级电路的多次变换，导致开关损耗及导通损耗较多，效率下降严重。因此，国外有相关学者提出过单级的三相交直流变换器，如K.Wang等所提出的ZVSZCS变换器，某种程度实现了三相单级隔离软开关变换，同时为了解决变压器偏磁饱和等问题尝试了两种驱动方案和电路，但是第二种电路显得较为复杂以及在输入电压不同的区间内输入侧电路会面临较高的杂散电感引起的电压应力；D.S.Greff等提出的一种单级隔离电路，由于是单向性变压器励磁，输入电压的导通角度和导通时间有限，因此对输入电流的滤波会有较高要求，对降低谐波等受到限制；Silva M等提出了一种谐振式的Swiss隔离变换器和一种桥式隔离变换器，但是其认为桥式变换器(如图1所示)较为复杂，而重点介绍了谐振式的正激隔离变换器，该变换器适用的功率较小，且电路中的开关管会因谐振复位承受较高电压应力。Sisi Zhao等提出了一种改进型的Vienna rectifierⅢ，但是仍然没有解决变压器励磁对称性的问题，且由于输入电压的变化以及负载的变化，导致桥式变换电路并不能保证一定实现零电压零电流开通关断，输入整流器相关部分会因为电路的杂散电感需要增加较多的吸收处理。前述文献中的方案以及其他作者所提出的软开关式矩阵式变换器，都是在比较理想输入条件或者输出条件下配合其控制方法；但是由于实际设备的三相输入电压源并非理想，会有各种不同的瞬态电能质量问题，比如有电网暂降，突波，频率跳变等各种各样的实际工况，因此该拓扑装置对于电网的条件会太过敏感，或者说电网适应性较差，从而导致可靠性较差，无法大规模化量化生产，这也是至今不见该技术大范围推广应用到产品的原因。

技术实现思路

[0003]本技术的目的在于，提供一种无输入储能电感软开关隔离型三相PFC变换器，可以解决上述现有技术中存在的因变换器结构及控制方法复杂导致应用受限的技术问题。
[0004]本技术采取的技术方案是：一种无输入储能电感软开关隔离型三相PFC变换器，输入开关型整流桥臂组、输入吸收缓冲单元、桥式谐振变换单元、变压器和次级整流输出单元；所述输入开关型整流桥臂组包括第一开关整流桥臂、第二开关整流桥臂和第三开关整流桥臂，每个开关整流桥臂均包括交流输入端口、正输出端口和负输出端口，所述交流
输入端口、正输出端口和负输出端口之间设置有等效可控选择开关；所述输入吸收缓冲单元包括串联连接的第四开关管和吸收缓冲电容；所述第四开关管的源极分别与第一开关整流桥臂、第二开关整流桥臂和第三开关整流桥臂的正输出端口连接，所述吸收缓冲电容分别与第一开关整流桥臂、第二开关整流桥臂和第三开关整流桥臂的负输出端口连接；所述桥式谐振变换单元包括桥式逆变电路和第一串联谐振单元，所述桥式逆变电路为全桥式逆变电路或半桥式逆变电路，所述第一串联谐振单元包括串联连接的第一谐振电容和第一谐振电感，所述桥式逆变电路的输入端与所述输入吸收缓冲单元连接，输出端与第一谐振电容和变压器初级侧连接，所述变压器初级侧还与所述第一谐振电感连接；所述变压器次级侧与所述次级整流输出单元连接；所述次级整流输出单元包括整流电路、输出谐振缓冲单元和输出储能滤波单元；所述整流电路为全波整流电路或全桥整流电路，所述整流电路由全二极管组成、带有反并联二极管的开关管或具备整流功能的开关管中的其中一种组成，或者由开关管和二极管混合组成；所述输出谐振缓冲单元包括串联连接的第九开关管和谐振缓冲电容，所述输出储能滤波单元包括串联连接的第一储能电感和滤波电容；所述第九开关管的源极与所述整流电路的输出端和第一储能电感连接，所述谐振缓冲电容与所述整流电路的输出端和滤波电容连接；所述滤波电容两端分别作为变换器输出端的正极和负极。
[0005]进一步地，所述等效可控选择开关为二极管与高频开关管的串联组合或者两个高频开关管反向串联后再与二极管连接，所述等效可控选择开关根据交流整流导通的需要对高频开关管施加高频PWM驱动信号可以控制开通与关断从而实现有方向选择性的导通连接，即形成对交流正半波的高频脉冲式整流导通，或者交流负半波高频脉冲式整流导通。
[0006]进一步地，所述等效可控选择开关由一个开关管和四个二极管组成，或者由两个开关管和两个二极管组成；
[0007]当所述等效可控选择开关由一个开关管和四个二极管组成时，所述开关管的源极与第十一二极管和第十二二极管的阳极连接，所述开关管的漏极与第三二极管和第四二极管的阴极连接；所述第十一二极管的阴极与所述正输出端口连接；所述第十二二极管的阴极和第三二极管的阳极与所述交流输入端口连接；所述第四二极管的阳极与所述负输出端口连接；
[0008]当所述等效可控选择开关由两个开关管和两个二极管组成时，具有三种连接方式：
[0009]第一种连接方式为第一开关管和第十一二极管串联成第一支路后，一端与所述交流输入端口连接，另一端与所述正输出端口连接，第二开关管和第十二二极管串联成第二支路后，一端与所述交流输入端口连接，另一端与所述负输出端口连接，所述第一支路与所述第二支路关于所述交流输入端口对称；
[0010]第二种连接方式为第一开关管和第二开关管反向串联后，第一开关管与所述交流输入端口连接，第二开关管与第十一二极管的阳极和第十二二极管的阴极连接，第十一二极管的阴极与所述正输出端口连接，第十二二极管的阳极与所述负输出端口连接；
[0011]第三种连接方式为第一开关管和第二开关管反向串联后，第一开关管与所述交流输入端口连接，第十一二极管的阳极与第一开关管和第二开关管的串联点连接，第十一二极管的阴极与所述正输出端口连接，第十二二极管的阴极与第二开关管连接，第十二二极
管的阳极与所述负输出端口连接。
[0012]进一步地，所述输入开关型整流桥臂组中的开关管为设置有反并二极管的高频开关管，所述反并二极管为集成二极管、寄生二极管或外加二极管；所述吸收缓冲电容为无极性的电容或有极性的电容；所述第一谐振电感为外置式电感、变压器内部的耦合漏感或者外置电感和变压器内部漏感的耦合电感。
[0013]进一步地，还包括输入滤波器，所述输入滤波器与所述第一开关整流桥臂、第二开关整流桥臂和第三开关整流桥臂的交流输入端口连接。
[0014]上述无输入储能电感软开关隔离型三相PFC变换器的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无输入储能电感软开关隔离型三相PFC变换器，其特征在于，输入开关型整流桥臂组、输入吸收缓冲单元、桥式谐振变换单元、变压器和次级整流输出单元；所述输入开关型整流桥臂组包括第一开关整流桥臂、第二开关整流桥臂和第三开关整流桥臂，每个开关整流桥臂均包括交流输入端口、正输出端口和负输出端口，所述交流输入端口、正输出端口和负输出端口之间设置有等效可控选择开关；所述输入吸收缓冲单元包括串联连接的第四开关管和吸收缓冲电容；所述第四开关管的源极分别与第一开关整流桥臂、第二开关整流桥臂和第三开关整流桥臂的正输出端口连接，所述吸收缓冲电容分别与第一开关整流桥臂、第二开关整流桥臂和第三开关整流桥臂的负输出端口连接；所述桥式谐振变换单元包括桥式逆变电路和第一串联谐振单元，所述桥式逆变电路为全桥式逆变电路或半桥式逆变电路，所述第一串联谐振单元包括串联连接的第一谐振电容和第一谐振电感，所述桥式逆变电路的输入端与所述输入吸收缓冲单元连接，输出端与第一谐振电容和变压器初级侧连接，所述变压器初级侧还与所述第一谐振电感连接；所述变压器次级侧与所述次级整流输出单元连接；所述次级整流输出单元包括整流电路、输出谐振缓冲单元和输出储能滤波单元；所述整流电路为全波整流电路或全桥整流电路，所述整流电路由全二极管组成、带有反并联二极管的开关管或具备整流功能的开关管中的其中一种组成，或者由开关管和二极管混合组成；所述输出谐振缓冲单元包括串联连接的第九开关管和谐振缓冲电容，所述输出储能滤波单元包括串联连接的第一储能电感和滤波电容；所述第九开关管的源极与所述整流电路的输出端和第一储能电感连接，所述谐振缓冲电容与所述整流电路的输出端和滤波电容连接；所述滤波电容两端分别作为变换器输出端的正极和负极。2.根据权利要求1所述的一种无输入储能电感软开关隔离型三相PFC变换器，其特征在于，所述等效可控选择开关为二极管与高频开关管的串联组合或者两个高频开关管反向串联后再与二极管连接，所述等效可控选择开关根据交流整流导通的需要对高频开关管施加高频PWM驱动信号可以控制开通与关断从而实现有方向选择性的导通连接，即形成对交流正半波的高频脉冲式整流导通，或者交流负半波高频脉冲式整流导通。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘斌，李伦全，
申请(专利权)人：刘三英，
类型：新型
国别省市：