【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力电子，具体涉及一种高频低损耗三电平整流器及其控制方法。
技术介绍
1、三电平整流器、三电平逆变器技术人员研究较多，三电平整流器因其高效率、低谐波、直流侧电压高、高功率因数校正能力以及良好的电能质量，在多个领域中得到了广泛的应用。三电平整流器因其具有多项优势，在电力电子领域有着广泛的应用，例如充电桩、充电机，测试电源等。
2、目前三电平整流技术内管和外管使用同一类型器件，采用同频控制，即内管和外管都在以相同的开关频率交替开通关断。这就存在一个问题，大功率多使用igbt，同频控制因igbt开关频率的限制，三电平整流器的频率不高，且在高频率操作时，此外，igbt的寄生电容较大，开关速度不如mosfet快，igbt的开关损耗会显著增加，限制其在高频操作时的性能，导致效率降低。小功率多采用mosfet，mosfet的开关频率可以很高，因为它们的寄生电容较小，开关损耗较低，适合于需要快速切换的应用，但mosfet在高电流和高电压下的承受能力有限，在需要较大功率输出的应用中，单靠mosfet可能无法满足要求，导致功率受限。
技术实现思路
1、本专利技术目的是提供一种高频低损耗三电平整流器及其控制方法，外管采用低频大电流开关器件，内管使用高频器件，外管以基波频率开通关断，内管高频开通关断，突破了外管频率限制，同时降低了外管的损耗，整流器本身实现了高频低损耗。
2、本专利技术为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
3、一种高频低损耗三电平整流器，
4、进一步的，母线正电压+ud与母线负电压-ud之间连接有串联的上母线电容c2、下母线电容c1， c1、c2连接点定义为点o；开关管t11集电极与+ud连接，t11发射极与体二极管d11的正极连接；开关管m12漏极与开关管t11发射极连接，m12源极与体二极管d12正极连接；开关管m13漏极与开关管m12源极连接，m13源极与体二极管d13正极连接；开关管t14集电极与开关管m13源极连接，t14发射极与体二极管d14正极、-ud连接；t11与m12的连接点与二极管d15负极连接，m13与t14的连接点与二极管d16正极连接，二极管d15的正极与二极管d16负极连接于点o；m12与m13的连接点与输入滤波电感l的一端连接，l的另一端与输入电容c一端连接，c的另一端连接点o。
5、一种高频低损耗三电平整流器控制方法，控制上述高频低损耗三电平整流器，开关管t11、t14的驱动由调制波us控制，开关管m12、m13的驱动由调制波us与上载波uc1、下载波uc2比较结果控制。
6、进一步的，开关管t11、t14的驱动产生方式为：us在正半轴时，t11=1，t14=0；us在负半轴时，t11=0，t14=1；
7、开关管m12、m13的驱动产生方式为：us在正半轴时，us与uc1比较，us>uc1时，m12=1，否则m12=0；us在负半轴时，us与uc2比较，us>uc2时，m12=1，否则m12=0；m13与m12互补。
8、进一步的，us位于正半轴，us＞0，t11=1，us＞uc1，m12=1，m13=0，为p态；us＞0，us＜uc1，m12=0，m13=1，为o态；
9、us位于负半轴，us＜0，t14=1，us＞uc2，m12=1，m13=0，为o态；us＜0，us＜uc2，m12=0，m13=1，为n态。
10、进一步的，定义m12与m13的连接点为点a，点a与点o之间的电压为uao，母线正电压+ud与母线负电压-ud之间的电压为udc；
11、us在正半轴p态时，uao=0.5udc，整流状态正半轴，电流流入整流器，igbt开关管t11、mosfet开关管m12导通，电流流经m12和t11的体二极管d11，给上母线电容c2充电后返回输入电容c下端；
12、us在正半轴o态时，uao=0，整流状态正半轴，电流流入整流器，igbt开关管t11、mosfet开关管m13导通，电流流经m13和二极管d16返回输入电容c下端。
13、进一步的，定义m12与m13的连接点为点a，点a与点o之间的电压为uao，母线正电压+ud与母线负电压-ud之间的电压为udc；
14、us在负半轴n态时，uao=-0.5udc，整流状态负半轴，电流流出整流器，igbt开关管t14、mosfet开关管m13导通，电流流经t14体二极管d14和m13，经过输入滤波电感l和输入电容c后给下母线电容c1充电再返回t14发射极；
15、us在负半轴o态时，uao=0，整流状态负半轴，电流流出整流器，igbt开关管t14、mosfet开关管m12导通，电流由下母线电容c1上端流经二极管d15和m12，经输入滤波电感和输入电容后返回下母线电容c1上端。
16、本专利技术的优点在于：
17、本专利技术通过 高频低损耗三电平整流器及其控制方法，可实现mosfet等级开关频率、igbt功率等级的高频、低损耗、大功率三电平整流器。
18、整个正半周期t11不进行开关动作，只有高频内管m12和m13交替导通实现p态和o态交替切换，减小了近100%的外管t11的开关损耗；正半轴p态时，m12反向导通，因mosfet反向导通压降比常规技术方案中igbt的体二极管压降小很多，内管m12使用mosfet利用其反向导通特性和反向导通压降小的特点，减小了正半轴p态的导通损耗。
19、整个负半周期t14不进行开关动作，只有高频内管m12和m13交替导通实现n态和o态交替切换，减小了近100%的外管t14的开关损耗；负半轴n态时，m13反向导通，因mosfet反向导通压降比常规技术方案中igbt的体二极管压降小很多，内管m13使用mosfet利用其反向导通特性和反向导通压降小的特点，减小了负半轴n态的导通损耗。
20、本专利技术避免了常规技术中igbt开关频率对整流器工作频率的限制，使三电平整流器在使用igbt的情况下实现和mosfet相同的开关频率；还从内管导通损耗和外管开关损耗两个角度很大程度上减小了三电平整流器的损耗。综上，本专利技术提高了三电平整流器的工作频率，减小了三电平整流器的损耗。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种高频低损耗三电平整流器，包括：下母线电容C1、上母线电容C2、开关管T11及其体二极管D11、开关管M12及其体二极管D12、开关管M13及其体二极管D13、开关管T14及其体二极管D14、二极管D15、D16、输入滤波电感L和输入电容C，其特征在于，外管开关管T11、T14为IGBT，内管开关管M12、M13为mosfet。
2.根据权利要求1所述高频低损耗三电平整流器，其特征在于，母线正电压+Ud与母线负电压-Ud之间连接有串联的上母线电容C2、下母线电容C1， C1、C2连接点定义为点o；开关管T11集电极与+Ud连接，T11发射极与体二极管D11的正极连接；开关管M12漏极与开关管T11发射极连接，M12源极与体二极管D12正极连接；开关管M13漏极与开关管M12源极连接，M13源极与体二极管D13正极连接；开关管T14集电极与开关管M13源极连接，T14发射极与体二极管D14正极、-Ud连接；T11与M12的连接点与二极管D15负极连接，M13与T14的连接点与二极管D16正极连接，二极管D15的正极与二极管D16负极连接于点o；M12与M13的连接
3.一种高频低损耗三电平整流器控制方法，控制如权利要求1或2所述高频低损耗三电平整流器，其特征在于，开关管T11、T14的驱动由调制波Us控制，开关管M12、M13的驱动由调制波Us与上载波Uc1、下载波Uc2比较结果控制。
4.根据权利要求3所述高频低损耗三电平整流器控制方法，其特征在于，开关管T11、T14的驱动产生方式为：Us在正半轴时，T11=1，T14=0；Us在负半轴时，T11=0，T14=1；
5.根据权利要求4所述高频低损耗三电平整流器控制方法，其特征在于：
6.根据权利要求5所述高频低损耗三电平整流器控制方法，其特征在于，定义M12与M13的连接点为点A，点A与点o之间的电压为UAo，母线正电压+Ud与母线负电压-Ud之间的电压为Udc；
7.根据权利要求5所述高频低损耗三电平整流器控制方法，其特征在于，定义M12与M13的连接点为点A，点A与点o之间的电压为UAo，母线正电压+Ud与母线负电压-Ud之间的电压为Udc；
...【技术特征摘要】
1.一种高频低损耗三电平整流器，包括：下母线电容c1、上母线电容c2、开关管t11及其体二极管d11、开关管m12及其体二极管d12、开关管m13及其体二极管d13、开关管t14及其体二极管d14、二极管d15、d16、输入滤波电感l和输入电容c，其特征在于，外管开关管t11、t14为igbt，内管开关管m12、m13为mosfet。
2.根据权利要求1所述高频低损耗三电平整流器，其特征在于，母线正电压+ud与母线负电压-ud之间连接有串联的上母线电容c2、下母线电容c1， c1、c2连接点定义为点o；开关管t11集电极与+ud连接，t11发射极与体二极管d11的正极连接；开关管m12漏极与开关管t11发射极连接，m12源极与体二极管d12正极连接；开关管m13漏极与开关管m12源极连接，m13源极与体二极管d13正极连接；开关管t14集电极与开关管m13源极连接，t14发射极与体二极管d14正极、-ud连接；t11与m12的连接点与二极管d15负极连接，m13与t14的连接点与二极管d16正极连接，二极管d15的正极与二极管d16负极连接于点o；m12与m13的连接...
【专利技术属性】
技术研发人员：白洪超，禹金标，陈道磐，代洪春，贾思豪，
申请(专利权)人：山东艾诺智能仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：
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