专利名称：矩阵整流器自举电平转移的驱动电源电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种电力电子技术领域的电路，具体是一种矩阵整流器自举电平
转移的驱动电源电路。
背景技术：
三相交流电源供电的整流器得到了广泛的应用，整流器的种类很多，其中包括矩 阵整流器。传统矩阵整流器一般采用同一种组合式双向可控开关共发射极反向并联型和 共集电极反向并联型，其中前者最少需要6路隔离的开关电源，后者最少需要5路隔离的开 关电源。开关电源数量的增加造成开关电源体积庞大，效率下降，器件增加，功率电路的集 成度下降，成本较高，EMI (电磁干扰)设计有一定困难。 经对现有文献检索发现，蔡文等在《电力系统自动化》上发表了题为"Research onPower characteristic of matrix rectifier (矩阵整流器功率特性的研究)"的文章， 该文采用传统多电源设计思路来进行矩阵整流器功率特性的研究，但是该技术不涉及驱动 技术，具有结构复杂、附加成本高、不易容易的缺点。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的不足，提供了一种矩阵整流器自举电平转移的驱动 电源电路。本发明采用不同的组合式双向可控开关、自举电平转移的矩阵整流器驱动电源 设计方案，得到电源数量少、电路结构简单、结构紧凑和成本低的矩阵整流器驱动电源电 路。 本发明是通过以下技术方案实现的 本发明包括自举驱动电路和功率变换电路，其中，自举驱动电路与功率变换电路 相连传输驱动电源。 所述的自举驱动电路包括六个自举电容、六个自举二极管、十二个隔离驱动器 和三个隔离电源，其中第一自举二极管的阳极、第三自举二极管的阳极、第五自举二极管 的阳极、第三隔离电源的正极、第九隔离驱动器的电源端和第十隔离驱动器的电源端分别 两两相连，第一自举二极管的阴极、第一自举电容的正极和第一隔离驱动器的电源端分别 两两相连，第三隔离电源的接地端、第九隔离驱动器的接地端、第十隔离驱动器的接地端和 第二共集电极双向可控开关分别两两相连，第一隔离驱动器的输出端和第二隔离驱动器的 输出端分别与第一共发射极双向可控开关相连，第五隔离驱动器的输出端和第六隔离驱动 器的输出端分别与第二共发射极双向可控开关相连，第七隔离驱动器的输出端和第八隔离 驱动器的输出端分别与第三共发射极双向可控开关相连，第十一隔离驱动器的输出端和第 十二隔离驱动器的输出端分别与第四共发射极双向可控开关相连，第三隔离驱动器的输出 端和第四隔离驱动器的输出端分别与第一共集电极双向可控开关相连，第九隔离驱动器的 输出端和第十隔离驱动器的输出端分别与第二共集电极双向可控开关相连，每个隔离驱动 器的输入端与相应的每路脉冲信号相连，第一自举电容的负极、第一隔离驱动器的接地端和第一共发射极双向可控开关分别两两相连，第三自举电容的负极、第五隔离驱动器的接
地端和第二共发射极双向可控开关分别两两相连，第五自举电容的负极、第十一隔离驱动
器的接地端和第四共发射极双向可控开关分别两两相连，第二自举二极管的阳极、第四自
举二极管的阳极、第六自举二极管的阳极、第一隔离电源的正极、第三隔离驱动器的电源端
和第四隔离驱动器的电源端分别两两相连，第二自举二极管的阴极、第二自举电容的正极
和第二隔离驱动器的电源端分别两两相连，第一隔离电源的接地端、第三隔离驱动器的接
地端、第四隔离驱动器的接地端和第一共集电极双向可控开关分别两两相连，第二自举电
容的负极、第二隔离驱动器的接地端和第一共发射极双向可控开关分别两两相连，第四自
举电容的负极、第八隔离驱动器的接地端和第三共发射极双向可控开关分别两两相连，第
六自举电容的负极、第十二隔离驱动器的接地端和第四共发射极双向可控开关分别两两相
连，第二隔离电源的正极、第六隔离驱动器的电源端和第七隔离驱动器的电源端分别两两
相连，第二隔离电源的负极、第六隔离驱动器的接地端、第七隔离驱动器的接地端、第二共
发射极双向可控开关和第三共发射极双向可控开关分别两两相连。 所述的每个自举二极管都与一个限流电阻串联。 所述的功率变换电路是3H桥结构，包括四个共发射极双向可控开关和两个共 集电极双向可控开关，其中第一共发射极双向可控开关与第一共集电极双向可控开关的 公共输入端是矩阵整流器的第一输入端，第二共发射极双向可控开关与第三共发射极双向 可控开关的公共输入端是矩阵整流器的第二输入端，第二共集电极双向可控开关与第四共 发射极双向可控开关的公共输入端是矩阵整流器的第三输入端，第一共发射极双向可控开 关、第二共发射极双向可控开关和第二共集电极双向可控开关的公共输出端是矩阵整流器 的输出正极，第三共发射极双向可控开关、第四共发射极双向可控开关和第一共集电极双 向可控开关的公共输出端是矩阵整流器的输出负极。 所述的共发射极双向可控开关包括两个IGBT(绝缘栅极型晶体管)，其中这两个 IGBT的共发射极串联，每个IGBT的发射极与相应的驱动隔离器的接地端相连，每个IGBT的 门极与相应的隔离驱动器的输出端相连。 所述的共集电极双向可控开关包括两个IGBT，其中这两个IGBT的共集电极串 联，每个IGBT的发射极与相应的驱动隔离器的接地端相连，每个IGBT的门极和相应的隔离 驱动器的输出端相连。 本发明根据矩阵整流器、自举电平转移工作原理，在只需三路隔离驱动电源的前 提下，实现矩阵整流器的变换功能，具有结构简单、附加成本低、实现容易的优点。
图1是实施例的构成示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前 提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下 述的实施例。
如图l所示，本实施例包括自举驱动电路和功率变换电路，其中所述的自举驱动电路包括六个自举电容、六个自举二极管、十二个隔离驱动器和三个隔离电源；所述的 功率变换电路包括十二个IGBT。 本实施例中第一自举二极管D1的阳极、第三自举二极管D3的阳极、第五自举二极 管D5的阳极、第三隔离电源PS3的正极、第九隔离驱动器DR9的电源端和第十隔离驱动器 DR10的电源端分别两两相连，第一自举二极管D1的阴极、第一自举电容E1的正极和第一 隔离驱动器DR1的电源端分别两两相连，第三隔离电源PS3的接地端、第九隔离驱动器DR9 的接地端、第十隔离驱动器DR10的接地端、第九IGBT S9的共发射极和第十IGBT S10的共 发射极分别两两相连，每个隔离驱动器的输出端与相应的IGBT的门极相连，每个隔离驱动 器的输入端与相应的每路脉冲信号相连，第一自举电容E1的负极、第一隔离驱动器DR1的 接地端和第一 IGBT Sl的发射极分别两两相连，第三自举电容E3的负极、第五隔离驱动器 DR5的接地端和第五IGBT S5的发射极分别两两相连，第五自举电容E5的负极、第十一隔离 驱动器DRll的接地端和第十一 IGBT Sll的发射极分别两两相连，第二自举二极管D2的阳 极、第四自举二极管D4的阳极、第六自举二极管D6的阳极、第一隔离电源PS1的正极、第三 隔离驱动器DR3的电源端和第四隔离驱动器DR4的电源端分别两两相连，第二自举二极管 D2的阴极、第二自举电容E2的正极和第二隔离驱动器DR2的电源端分别两两相连，第一隔 离电源PS1的接地端、第三隔离驱动器DR3的接地端、第四隔离驱动器DR4的接地端、第三 IGBT S3的发射极和第四IGBT S4的发射极分别两两相连，第二自举电容E2的负极、第二隔 离驱动器DR2的接地端和第二 IGBT S2的发射极分别两两相连，第四自举电容E4的负极、 第八隔离驱动器DR8的接地端和第八IGBT S8的发射极分别两两相连，第六自举电容E6的 负极、第十二隔离驱动器DR12的接地端和第十二 IGBTS12的发射极分别两两相连，第二隔 离电源PS12的正极、第六隔离驱动器DR6的电源端和第七隔离驱动器DR6的电源端分别两 两相连，第二隔离电源PS2的负极、第六隔离驱动器DR6的接地端、第七隔离驱动器DR7的 接地端、第六IGBT S6的发射极和第七IGBT S7的发射极分别两两相连。
所述的每个自举二极管都与一个限流电阻串联，限流电阻的阻值范围是 4. 7W-33W。 所述的自举二极管为超快速反向恢复型，其耐流参数为2A，耐压参数为1200V。
所述的自举电容的容值参数为5mF，耐压参数为1200V。 所述的矩阵整流器的输入三相交流输入线电压为380V，期望输出直流电压范围 VPN为0-450V，额定输出功率为5kW。 所述的功率变换电路是3H桥结构，包括四个共发射极双向可控开关和两个共集 电极双向可控开关，其中第一共发射极双向可控开关BS1与第一隔离驱动器DR1的输出端 和第二隔离驱动器DR2的输出端相连，第二共发射极双向可控开关BS3与第五隔离驱动器 DR5的输出端和第六隔离驱动器DR6的输出端相连，第三共发射极双向可控开关BS4与第七 隔离驱动器DR7的输出端和第八隔离驱动器DR8的输出端相连，第四共发射极双向可控开 关BS6与第十一隔离驱动器DRll的输出端和第十二隔离驱动器DR12的输出端相连，第一 共集电极双向可控开关BS2与与第三隔离驱动器DR3的输出端和第四隔离驱动器DR4的输 出端相连，第二共集电极双向可控开关BS5与与第九隔离驱动器DR9的输出端和第十隔离 驱动器DRIO的输出端相连，第一共发射极双向可控开关BS1与第一共集电极双向可控开关 BS2的公共输入端是矩阵整流器的第一输入端A，第二共发射极双向可控开关BS与第三共发射极双向可控开关BS4的公共输入端是矩阵整流器的第二输入端B，第二共集电极双向 可控开关BS5与第四共发射极双向可控开关BS6的公共输入端是矩阵整流器的第三输入端 C，第一共发射极双向可控开关BS1、第二共发射极双向可控开关BS3和第二共集电极双向 可控开关BS5的公共输出端是矩阵整流器的输出正极P，第三共发射极双向可控开关BS4、 第四共发射极双向可控开关BS6和第一共集电极双向可控开关BS2的公共输出端是矩阵整 流器的输出负极N。 所述的第一共发射极双向可控开关BS1包括第一 IGBT Sl和第二 IGBT S2，其中 第一 IGBT Sl和第二 IGBT S2的共发射极串联。 所述的第二共发射极双向可控开关BS3包括第五IGBT S5和第六IGBT S6，其中 第五IGBT S5和第六IGBT S6的共发射极串联。 所述的第三共发射极双向可控开关BS4包括第七IGBT S7和第八IGBT S8，其中 第七IGBT S7和第八IGBT S8的共发射极串联。 所述的第四共发射极双向可控开关BS6包括第i^一IGBT S11和第十二IGBT S12， 其中第i^一 IGBT Sll和第十二 IGBT S12的共发射极串联。 所述的第一共集电极双向可控开关BS2包括第三IGBT S3和第四IGBT S4，其中 第三IGBT S3和第四IGBT S4的共集电极串联。 所述的第二共集电极双向可控开关BS5包括第九IGBT S9和第十IGBT S10，其中 第九IGBT S9和第十IGBT S10的共集电极串联。 本实施例中的第一隔离电源PS1可以直接为第三隔离驱动器DR3与第四隔离驱动 器DR4供电以此分别驱动第三IGBT S3与第四IGBT S4 ;第一隔离电源PS1通过第二自举 二极管D2在第三IGBT S3的导通时间内为第二自举电容E2充电，实现对第二隔离驱动器 DR2的供电；第一隔离电源PS1通过第四自举二极管D4在第四IGBT S4的导通时间内为第 四自举电容E4充电，实现对第八隔离驱动器DR8供电；第一隔离电源PS1通过第六自举二 极管D6在第四IGBT S4的导通时间内为第六自举电容E6充电，实现对第十二隔离驱动器 DR12供电；第二隔离电源PS2可以直接为第六隔离驱动器DR6与第七隔离驱动器DR7供电 以此分别驱动第六IGBT S6与第七IGBTS7 ;第三隔离电源PS3可以直接为第八隔离驱动器 DR8与第九隔离驱动器DR9供电，以此分别驱动第八IGBT S8与第九IGBT S9 ;第三隔离电 源PS3通过第一自举二极管D1在第九IGBT S9的导通时间内为第一自举电容E1充电，实现 对第一隔离驱动器DR1供电；第三隔离电源PS3通过第三自举二极管D3在第九IGBT S9的 导通时间内为第三自举电容E3充电，实现对第五隔离驱动器DR5供电；第三隔离电源PS3 通过第五自举二极管D5在第十IGBT S10的导通时间内为第五自举电容E5充电，实现对第 i^一隔离驱动器DRll供电。 本实施例将矩阵整流器12只功率开关的驱动电源数量减少至三路隔离的驱动电 源，减少了开关电源的设计难度，降低了成本，提高了开关电源的效率。
权利要求
一种矩阵整流器自举电平转移的驱动电源电路，其特征在于，包括自举驱动电路和功率变换电路，其中自举驱动电路与功率变换电路相连传输驱动电源；所述的自举驱动电路包括六个自举电容、六个自举二极管、十二个隔离驱动器和三个隔离电源，其中第一自举二极管(D1)的阳极、第三自举二极管(D3)的阳极、第五自举二极管(D5)的阳极、第三隔离电源(PS3)的正极、第九隔离驱动器(DR9)的电源端和第十隔离驱动器(DR10)的电源端分别两两相连，第一自举二极管(D1)的阴极、第一自举电容(E1)的正极和第一隔离驱动器(DR1)的电源端分别两两相连，第三隔离电源(PS3)的接地端、第九隔离驱动器(DR9)的接地端、第十隔离驱动器(DR10)的接地端和第二共集电极双向可控开关(BS5)分别两两相连，第一隔离驱动器(DR1)的输出端和第二隔离驱动器(DR2)的输出端分别与第一共发射极双向可控开关(BS1)相连，第五隔离驱动器(DR5)的输出端和第六隔离驱动器(DR6)的输出端分别与第二共发射极双向可控开关(BS3)相连，第七隔离驱动器(DR7)的输出端和第八隔离驱动器(DR8)的输出端分别与第三共发射极双向可控开关(BS4)相连，第十一隔离驱动器(DR11)的输出端和第十二隔离驱动器(DR12)的输出端分别与第四共发射极双向可控开关(BS6)相连，第三隔离驱动器(DR3)的输出端和第四隔离驱动器(DR4)的输出端分别与第一共集电极双向可控开关(BS2)相连，第九隔离驱动器(DR9)的输出端和第十隔离驱动器(DR10)的输出端分别与第二共集电极双向可控开关(BS5)相连，每个隔离驱动器的输入端与相应的每路脉冲信号相连，第一自举电容(E1)的负极、第一隔离驱动器(DR1)的接地端和第一共发射极双向可控开关(BS1)分别两两相连，第三自举电容(E3)的负极、第五隔离驱动器(DR5)的接地端和第二共发射极双向可控开关(BS3)分别两两相连，第五自举电容(E5)的负极、第十一隔离驱动器(DR11)的接地端和第四共发射极双向可控开关(BS6)分别两两相连，第二自举二极管(D2)的阳极、第四自举二极管(D4)的阳极、第六自举二极管(D6)的阳极、第一隔离电源(PS1)的正极、第三隔离驱动器(DR3)的电源端和第四隔离驱动器(DR4)的电源端分别两两相连，第二自举二极管(D2)的阴极、第二自举电容(E2)的正极和第二隔离驱动器(DR2)的电源端分别两两相连，第一隔离电源(PS1)的接地端、第三隔离驱动器(DR3)的接地端、第四隔离驱动器(DR4)的接地端和第一共集电极双向可控开关(BS2)分别两两相连，第二自举电容(E2)的负极、第二隔离驱动器(DR2)的接地端和第一共发射极双向可控开关(BS1)分别两两相连，第四自举电容(E4)的负极、第八隔离驱动器(DR8)的接地端和第三共发射极双向可控开关(BS4)分别两两相连，第六自举电容(E6)的负极、第十二隔离驱动器(DR12)的接地端和第四共发射极双向可控开关(BS6)分别两两相连，第二隔离电源(PS2)的正极、第六隔离驱动器(DR6)的电源端和第七隔离驱动器(DR7)的电源端分别两两相连，第二隔离电源(PS2)的负极、第六隔离驱动器(DR6)的接地端、第七隔离驱动器(DR7)的接地端、第二共发射极双向可控开关(BS3)和第三共发射极双向可控开关(BS4)分别两两相连；所述的每个自举二极管都与一个限流电阻串联；所述的功率变换电路是3H桥结构，包括四个共发射极双向可控开关和两个共集电极双向可控开关，其中第一共发射极双向可控开关(BS1)与第一共集电极双向可控开关(BS2)的公共输入端是矩阵整流器的第一输入端(A)，第二共发射极双向可控开关(BS3)与第三共发射极双向可控开关(BS4)的公共输入端是矩阵整流器的第二输入端(B)，第二共集电极双向可控开关(BS5)与第四共发射极双向可控开关(BS6)的公共输入端是矩阵整流器的第三输入端(C)，第一共发射极双向可控开关(BS1)、第二共发射极双向可控开关(BS3)和第二共集电极双向可控开关(BS5)的公共输出端是矩阵整流器的输出正极(P)，第三共发射极双向可控开关(BS4)、第四共发射极双向可控开关(BS6)和第一共集电极双向可控开关(BS2)的公共输出端是矩阵整流器的输出负极(N)。
2. 根据权利要求1所述的矩阵整流器自举电平转移的驱动电源电路，其特征是，所述 的共发射极双向可控开关包括两个IGBT，其中这两个IGBT的共发射极串联，每个IGBT的 发射极与相应的驱动隔离器的接地端相连，每个IGBT的门极与相应的隔离驱动器的输出 端相连。
3. 根据权利要求1所述的矩阵整流器自举电平转移的驱动电源电路，其特征是，所述 的共集电极双向可控开关包括两个IGBT，其中这两个IGBT的共集电极串联，每个IGBT的 发射极与相应的驱动隔离器的接地端相连，每个IGBT的门极和相应的隔离驱动器的输出 端相连。
4. 根据权利要求1所述的矩阵整流器自举电平转移的驱动电源电路，其特征是，所述 的限流电阻的阻值范围是4. 7W-33W。
5. 根据权利要求1所述的矩阵整流器自举电平转移的驱动电源电路，其特征是，所述 的自举二极管为超快速反向恢复型自举二极管，其耐流参数为2A，耐压参数为1200V。
6. 根据权利要求1所述的矩阵整流器自举电平转移的驱动电源电路，其特征是，所述 的自举电容的容值参数为5mF，耐压参数为1200V。
全文摘要
本发明公开了一种电力电子技术领域的矩阵整流器自举电平转移的驱动电源电路，包括自举驱动电路和功率变换电路，其中自举驱动电路与功率变换电路相连传输驱动电源；自举驱动电路包括六个自举电容、六个自举二极管、十二个隔离驱动器和三个隔离电源；功率变换电路是3H桥结构，包括四个共发射极双向可控开关和两个共集电极双向可控开关，其中共发射极双向可控开关包括两个共发射极串联的IGBT，共集电极双向可控开关包括两个共集电极串联的IGBT。本发明根据矩阵整流器、自举电平转移工作原理，在只需三路隔离驱动电源的前提下，实现矩阵整流器的变换功能，具有结构简单、附加成本低、实现容易的优点。
文档编号H02M7/217GK101728963SQ20091030991
公开日2010年6月9日 申请日期2009年11月18日 优先权日2009年11月18日
发明者杨兴华, 杨喜军, 颜伟鹏 申请人:上海交通大学