一种T型整流电路及相应的三相整流电路的制作方法

文档序号:16243642发布日期:2018-12-11 23:21阅读:214来源:国知局
一种T型整流电路及相应的三相整流电路的制作方法

本发明涉及整流技术领域,特别是涉及一种t型整流电路及相应的三相整流电路。

背景技术

目前,t型整流电路已得到广泛使用,请参照图1,图1为现有技术中的一种t型整流电路的结构示意图,该t型整流电路包括:两个竖向设置的整流二极管和两个横向设置的可控开关;其中,两个竖向设置的整流二极管正向串联连接,第一整流二极管d11的阴极接至正母线,第二整流二极管d12的阳极接至负母线;两个横向设置的可控开关各串联一个单向二极管后再并联连接在中间桥臂上,中间桥臂的一端与两个整流二极管之间的连接点连接,其公共端作为t型整流电路的输入端,其另一端接至中线。

在上述t型整流电路中,两个可控开关均包括igbt管及与该igbt管反并联连接的续流二极管。其中,igbt管的功耗可分为通态功耗和通断功耗,通断功耗又可分为开通阶段功耗和关断阶段功耗。当工作频率较低时(即开关频率较低),通态功耗是igbt管的主要功耗;但当工作频率增至较高时(即开关频率较高),通断功耗则上升为主要功耗,其中,开通阶段功耗大于关断阶段功耗。可见,在工作频率较高的情况下,通断功耗较大,则会出现以下问题:

1)功率器件(即可控开关)由于损耗大导致自身温度上升,不仅使工作频率无法提高,而且使自身的电流、电压容量无法达到额定指标,在该情况下,功率器件无法在额定条件下运行,从而制约了三电平拓扑的应用;

2)功率器件易被二次击穿:在感性负载条件下,功率器件关断时存在尖峰电压;在容性负载条件下,功率器件开通时存在尖峰电流,从而易造成二次击穿,极大影响功率器件的安全运行;

为了防止此现象发生,则需要设计吸收电路和较大的soa(safeoperatingarea,安全工作区),吸收电路用于限制功率器件关断时的dv/dt和开通时的di/dt,从而使动态开关轨迹缩小至直流安全区soa内,以保证功率器件能够安全运行,但吸收电路无法消除开关损耗,且增加了整个电路的设计难度,同时还可能导致能量再生过程中,续流二极管的反向恢复和吸收电路相互干扰,从而引起较大的器件应力;

3)在高频工作状态运行时,功率器件本身的极间寄生电容是极为重要的参数,但极间寄生电容在功率器件的开关过程中会产生两种不利因素:第一,在高电压下开通时,极间寄生电容的储能会被功率器件本身吸收和耗散,定会产生温升,且工作频率越高温升越严重;第二,极间寄生电容的电压转换时dv/dt会耦合到输出端,从而产生较大的emi(electromagneticinterference,电磁干扰),降低了系统的稳定性;此外,极间寄生电容与电路中的杂散电感会产生振荡,从而干扰系统正常工作;

4)功率器件在高频开关时会产生噪声污染,从而提高了整流电路对输入滤波器及输出滤波器的要求。

因此,如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域的技术人员目前需要解决的问题。



技术实现要素:

本发明的目的是提供一种t型整流电路及相应的三相整流电路,其利用内部电路拓扑结构,使第一可控开关和第二可控开关均实现软开关,从而降低了可控开关的通断功耗;而且,可以在基本不改变传统的t型整流电路的内部线路布局的情况下增设器件,使得电路拓扑结构紧凑、母排设计简单,从而有利于电气布局和结构设计,且降低了改造成本。

为解决上述技术问题,本发明提供了一种t型整流电路,包括第一可控开关、第一单向二极管、第一二极管、第二二极管、第一电容、第二可控开关、第二单向二极管、第三二极管、第四二极管、第二电容、电感、第一整流二极管及第二整流二极管,其中:

所述第一可控开关的漏极或集电极与所述第二可控开关的源极或发射极连接,其公共端作为t型整流电路的中间桥臂的第一端,所述第一可控开关的源极或发射极与所述第一单向二极管的阳极连接,所述第二可控开关的漏极或集电极与所述第二单向二极管的阴极连接,所述第一单向二极管的阴极与所述第二单向二极管的阳极连接,其公共端作为所述中间桥臂的第二端;

所述中间桥臂的第一端分别与所述第一整流二极管的阳极和所述第二整流二极管的阴极连接,其公共端作为所述t型整流电路的输入端,所述中间桥臂的第二端分别与所述电感的第一端连接,所述电感的第二端接至中线;

所述第一二极管的阴极与所述第一整流二极管的阴极连接,其公共端接至正母线,所述第一二极管的阳极分别与所述第二二极管的阴极和所述第一电容的第一端连接,所述第二二极管的阳极与所述第一单向二极管的阴极连接,所述第一电容的第二端与所述第一单向二极管的阳极或所述第一可控开关的漏极或集电极连接;

所述第四二极管的阳极与所述第二整流二极管的阳极连接,其公共端接至负母线,所述第四二极管的阴极分别与所述第三二极管的阳极和所述第二电容的第一端连接,所述第三二极管的阴极与所述第二单向二极管的阳极连接,所述第二电容的第二端与所述第二单向二极管的阴极或所述第二可控开关的源极或发射极连接;其中,所述第二二极管、第三二极管、第一电容及第二电容不同时接至所述中间桥臂的两端;

所述t型整流电路用于利用内部电路拓扑结构,使所述第一可控开关和所述第二可控开关均实现软开关。

优选地,所述第一电容的第二端与所述第一单向二极管的阳极连接,所述第二电容的第二端与所述第二单向二极管的阴极连接。

优选地,所述第一电容的第二端与所述第一可控开关的漏极或集电极连接,所述第二电容的第二端与所述第二单向二极管的阴极连接。

优选地,所述第一电容的第二端与所述第一单向二极管的阳极连接,所述第二电容的第二端与所述第二可控开关的源极或发射极连接。

优选地,所述第一可控开关或所述第二可控开关具体为igbt器件,所述igbt器件包括igbt管和与所述igbt管反并联的续流二极管。

优选地,所述第一可控开关或所述第二可控开关具体为mos器件,所述mos器件包括mos管和与所述mos管反并联的续流二极管,或所述mos器件具体为带续流二极管的一体式mos管。

优选地,所述t型整流电路具体包括第一集成电路、第二集成电路、电感、第一整流二极管及第二整流二极管;其中,所述第一集成电路内集成有第一可控开关、第一单向二极管、第一二极管、第二二极管、第一电容,所述第二集成电路内集成有第二可控开关、第二单向二极管、第三二极管、第四二极管、第二电容。

为解决上述技术问题,本发明还提供了一种三相整流电路,包括第一整流电路、第二整流电路及第三整流电路,其中:

所述第一整流电路、所述第二整流电路及所述第三整流电路均采用上述任一种t型整流电路,所述第一整流电路、所述第二整流电路及所述第三整流电路各自对应的正母线、负母线、中线分别对应接至一起。

本发明提供了一种t型整流电路,其利用内部电路拓扑结构,使第一可控开关和第二可控开关均实现软开关,即零电压开关、零电流开关或零电压零电流开关,或以有限的dv/dt和di/dt进行通断切换,从而降低了可控开关的通断功耗,使t型整流电路在工作频率较高的情况下,通断功耗也可以很小,具有以下优点:

1)功率器件的功耗较小,不足以影响工作频率、自身的电流、电压容量,从而提高了t型整流电路的工作效率;2)功率器件不易被二次击穿,同时消除了死区时间,提高了功率器件的运行安全;3)功率器件以有限的dv/dt和di/dt进行通断切换,从而减少了emi电磁干扰量,提高了系统的稳定性;4)由于可控开关的通断功耗减小,使得本申请的t型整流电路可以成倍地工作于传统的t型整流电路的工作频率之上,所以本申请的t型整流电路所需的输出滤波器参数要求变低、尺寸也可以成倍减小,从而降低了后期产品的物料成本,且提高了产品的功率密度。

此外,本申请在传统的t型整流电路的基础上,只增加了一个电感、四个二极管和两个电容,不需要额外增加可控开关及控制电路(即增加的器件数量较少),所以本申请的t型整流电路可以在基本不改变传统的t型整流电路的内部线路布局的情况下增设器件,使得电路拓扑结构紧凑、母排设计简单,从而有利于电气布局和结构设计,且降低了改造成本。

本发明还提供了一种三相整流电路,与上述t型整流电路具有相同的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的一种t型整流电路的结构示意图;

图2为本发明提供的第一种t型整流电路的结构示意图;

图3为本发明提供的第二种t型整流电路的结构示意图;

图4为本发明提供的第三种t型整流电路的结构示意图;

图5(1)为本发明提供的一种如图2所示t型整流电路在工作时,交流输入电压为正半周期时竖管向横管换流前的工作示意图;

图5(2)为本发明提供的一种如图2所示t型整流电路在工作时,交流输入电压为正半周期时竖管向横管换流的第一阶段工作示意图;

图5(3)为本发明提供的一种如图2所示t型整流电路在工作时,交流输入电压为正半周期时竖管向横管换流的第二阶段工作示意图;

图5(4)为本发明提供的一种如图2所示t型整流电路在工作时,交流输入电压为正半周期时横管向竖管换流前的工作示意图;

图5(5)为本发明提供的一种如图2所示t型整流电路在工作时,交流输入电压为正半周期时横管向竖管换流的工作示意图;

图5(6)本发明提供的一种如图2所示t型整流电路在工作时,交流输入电压为负半周期时竖管向横管换流前的工作示意图;

图5(7)为本发明提供的一种如图2所示t型整流电路在工作时,交流输入电压为负半周期时竖管向横管换流的第一阶段工作示意图;

图5(8)为本发明提供的一种如图2所示t型整流电路在工作时,交流输入电压为负半周期时竖管向横管换流的第二阶段工作示意图;

图5(9)为本发明提供的一种如图2所示t型整流电路在工作时,交流输入电压为负半周期时横管向竖管换流前的工作示意图;

图5(10)为本发明提供的一种如图2所示t型整流电路在工作时,交流输入电压为负半周期时横管向竖管换流的工作示意图;

图6为本发明提供的一种三相整流电路的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种t型整流电路及相应的三相整流电路,其利用内部电路拓扑结构,使第一可控开关和第二可控开关均实现软开关,从而降低了可控开关的通断功耗;而且,可以在基本不改变传统的t型整流电路的内部线路布局的情况下增设器件,使得电路拓扑结构紧凑、母排设计简单,从而有利于电气布局和结构设计,且降低了改造成本。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

请参照图2,图2为本发明提供的第一种t型整流电路的结构示意图。该t型整流电路包括:

第一可控开关、第一单向二极管d21、第一二极管d1、第二二极管d2、第一电容c1、第二可控开关、第二单向二极管d22、第三二极管d3、第四二极管d4、第二电容c2、电感l、第一整流二极管d11及第二整流二极管d12,其中:

第一可控开关的漏极或集电极与第二可控开关的源极或发射极连接,其公共端作为t型整流电路的中间桥臂的第一端,第一可控开关的源极或发射极与第一单向二极管d21的阳极连接,第二可控开关的漏极或集电极与第二单向二极管d22的阴极连接,第一单向二极管d21的阴极与第二单向二极管d22的阳极连接,其公共端作为中间桥臂的第二端;

中间桥臂的第一端分别与第一整流二极管d11的阳极和第二整流二极管d12的阴极连接,其公共端作为t型整流电路的输入端,中间桥臂的第二端分别与电感l的第一端连接,电感l的第二端接至中线;

第一二极管d1的阴极与第一整流二极管d11的阴极连接,其公共端接至正母线,第一二极管d1的阳极分别与第二二极管d2的阴极和第一电容c1的第一端连接,第二二极管d2的阳极与第一单向二极管d21的阴极连接,第一电容c1的第二端与第一单向二极管d21的阳极连接;

第四二极管d4的阳极与第二整流二极管d12的阳极连接,其公共端接至负母线,第四二极管d4的阴极分别与第三二极管d3的阳极和第二电容c2的第一端连接,第三二极管d3的阴极与第二单向二极管d22的阳极连接,第二电容c2的第二端与第二单向二极管d22的阴极连接;其中,第二二极管d2、第三二极管d3、第一电容c1及第二电容c2不同时接至中间桥臂的两端;

t型整流电路用于利用内部电路拓扑结构,使第一可控开关和第二可控开关均实现软开关。

具体地,本实施例的t型整流电路中,第一可控开关选用第一igbt器件,第一igbt器件包括第一igbt管q1和与第一igbt管q1反并联的第一续流二极管dq1;同样地,第二可控开关选用第二igbt器件,第二igbt器件包括第二igbt管q2和与第二igbt管q2反并联的第二续流二极管dq2。

此外,本实施例的t型整流电路中,第一可控开关或第二可控开关也可选用mos器件,mos器件有两种,第一种,mos器件包括mos管和与mos管反并联的续流二极管,第二种,mos器件为带续流二极管的一体式mos管。至于本申请中第一可控开关和第二可控开关具体类型的选用,本申请在此不做特别的限定。

对于本实施例的t型整流电路,其利用内部电路拓扑结构,使第一可控开关和第二可控开关均实现软开关,即零电压开关、零电流开关或零电压零电流开关,或以有限的dv/dt和di/dt进行通断切换,从而降低了可控开关的通断功耗,接下来以第一可控开关和第二可控开关均选用igbt器件为例,说明本实施例的t型整流电路的工作原理,具体而言:

当该t型整流电路工作时,包括交流输入电压为正半周期和交流输入电压为负半周期两个半周期,每个半周期又分为竖管向横管换流和横管向竖管换流两个过程:

交流输入电压为正半周期时,竖管向横管换流过程如下:

请参照图5(1),图5(1)为本发明提供的一种如图2所示t型整流电路在工作时,交流输入电压为正半周期时竖管向横管换流前的工作示意图。具体地,竖管向横管换流前,第一整流二极管d11处于导通状态,第一igbt管q1和第二igbt管q2处于截止状态。整流电流从第一整流二极管d11流向母线。第一电容c1处于零电压放电状态。第二电容c2被充电至vdc状态,此时电感l的电流为零。

请参照图5(2),图5(2)为本发明提供的一种如图2所示t型整流电路在工作时,交流输入电压为正半周期时竖管向横管换流的第一阶段工作示意图。具体地,在第一阶段,第一igbt管q1和第二igbt管q2从截止状态转至导通状态。如图5(2)所示,在此过程中,交流电源(图中s代表交流电源)、第一igbt管q1、第一单向二极管d21和电感l开始建立电流回路。由于电感l的存在,经过中间桥臂的电流从零开始线性增加;与此同时,经过第一整流二极管d11的电流线性减少,直至经过电感l的电流增至整流电流,此时第一整流二极管d11截止。可见,第一igbt管q1从截止转为导通的过程属于零电流导通,是典型的软开关过程。

请参照图5(3),图5(3)为本发明提供的一种如图2所示t型整流电路在工作时,交流输入电压为正半周期时竖管向横管换流的第二阶段工作示意图。具体地,第一阶段完成后,第一整流二极管d11截止,第二电容c2通过第二igbt管q2、第一igbt管q1、第一单向二极管d21、第四二极管d4和电感l开始放电。放电到电压为零后,第二阶段完成。

交流输入电压为正半周期时,横管向竖管换流过程如下:

请参照图5(4),图5(4)为本发明提供的一种如图2所示t型整流电路在工作时,交流输入电压为正半周期时横管向竖管换流前的工作示意图。具体地,图5(4)示出了竖管向横管换流过程结束后的状态,也即是横管向竖管换流之前的状态。此时,第二电容c2放电结束,由交流电源、第一igbt管q1、第一单向二极管d21和电感l承载整流电流。第一电容c1和第二电容c2均处于零电压放电状态,经过电感l的电流为整流电流。

请参照图5(5),图5(5)为本发明提供的一种如图2所示t型整流电路在工作时,交流输入电压为正半周期时横管向竖管换流的工作示意图。具体地,横管向竖管换流时,第一igbt管q1和第二igbt管q2则从导通状态转至截止状态。在第一igbt管q1截止的过程中,由于第二电容c2的存在,整流电流从经过第一igbt管q1全部转至经过第二电容c2,所以第一igbt管q1的截止过程属于零电流关断,为软开关过程。而且,由于第二续流二极管dq2的存在,第二igbt管q2无电流经过,所以第二igbt管q2的截止过程也属于零电流关断,为软开关过程。此时,交流电源通过第二续流二极管dq2、第三二极管d3和电感l对第二电容c2充电。

当经过电感l的电流变为零、第二电容c2完成充电(即充电至电压为vdc)时,第三二极管d3和第二续流二极管dq2截止,第一整流二极管d11导通,完成整个换流过程,回到图5(1)的状态。

交流输入电压为负半周期时,请参照图5(6)-图5(10),交流输入电压为负半周期时的换流过程与交流输入电压为正半周期时的换流过程类似,竖管向横管换流或者横管向竖管换流过程也类似,本申请在此不做详细叙述。

此外,本实施例中,第一二极管d1及第二二极管d2实现为第一电容c1充放电,第三二极管d3及第四二极管d4实现为第二电容c2充放电,以实现其与电感l之间的能量转换,基于此,也可衍生出如图3和图4的连接方式。

请参照图3,图3为本发明提供的第二种t型整流电路的结构示意图,其中,第一电容c1的第二端与第一可控开关的漏极或集电极连接,第二电容c2的第二端与第二单向二极管d22的阴极连接。

请参照图4,图4为本发明提供的第三种t型整流电路的结构示意图,其中,第一电容c1的第二端与第一单向二极管d21的阳极连接,第二电容c2的第二端与第二可控开关的源极或发射极连接。

对于图3及图4的t型整流电路的工作原理,与图2的t型整流电路的工作原理类似,参考图2的t型整流电路的工作原理即可,本申请在此不做详细叙述。

从上述所有实施例可以看出,每种t型整流电路均可使第一可控开关和第二可控开关实现软开关,从而降低了可控开关的通断功耗,使t型整流电路在工作频率较高的情况下,通断功耗也可以很小,具有以下优点:

1)功率器件的功耗较小,不足以影响工作频率、自身的电流、电压容量,从而提高了t型整流电路的工作效率;2)功率器件不易被二次击穿,同时消除了死区时间,提高了功率器件的运行安全;3)功率器件以有限的dv/dt和di/dt进行通断切换,从而减少了emi电磁干扰量,提高了系统的稳定性;4)由于可控开关的通断功耗减小,使得本申请的t型整流电路可以成倍地工作于传统的t型整流电路的工作频率之上,所以本申请的t型整流电路所需的输出滤波器参数要求变低、尺寸也可以成倍减小,从而降低了后期产品的物料成本,且提高了产品的功率密度。

而且,本申请在传统的t型整流电路的基础上,只增加了一个电感、四个二极管和两个电容,不需要额外增加可控开关及控制电路(即增加的器件数量较少),所以本申请的t型整流电路可以在基本不改变传统的t型整流电路的内部线路布局的情况下增设器件,使得电路拓扑结构紧凑、母排设计简单,从而有利于电气布局和结构设计,且降低了改造成本。

在上述实施例的基础上:

作为一种优选地实施例,t型整流电路具体包括第一集成电路、第二集成电路、电感l、第一整流二极管d11及第二整流二极管d12;其中,第一集成电路内集成有第一可控开关、第一单向二极管d21、第一二极管d1、第二二极管d2、第一电容c1,第二集成电路内集成有第二可控开关、第二单向二极管d22、第三二极管d3、第四二极管d4、第二电容c2。

可见,本申请可以将t型整流电路集成化,具体将第一可控开关、第一单向二极管d21、第一二极管d1、第二二极管d2、第一电容c1整合在一起,将第二可控开关、第二单向二极管d22、第三二极管d3、第四二极管d4、第二电容c2整合在一起,方便后续产品的生产。

本发明还提供了一种三相整流电路,包括第一整流电路、第二整流电路及第三整流电路,其中:

第一整流电路、第二整流电路及第三整流电路均采用上述任一种t型整流电路,第一整流电路、第二整流电路及第三整流电路各自对应的正母线、负母线、中线分别对应接在一起。

比如,请参照图6,图6为本发明提供的一种三相整流电路的结构示意图。本申请提供的三相整流电路的介绍请参考上述t型整流电路实施例,本申请在此不再赘述。

还需要说明的是,在本说明书中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其他实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

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