极低输出电压纹波二极管钳位七电平直流变换器及直流电源的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种多电平直流变换器拓扑，该电路可用于直流开关电源领域。
【背景技术】
[0002]多电平技术是电力电子技术的热门技术。在电力电子应用中，受到器件电压定额的影响，电路中不可避免采用器件串联的结构形式，为了解决器件串联的静态、动态均压问题必须附加均压电路。随着均压电路的加入以及器件数量的增加，电路自然具备多种工作模式以及多个输出电平，通过工作模式的组合得到更好的输出特性。
[0003]1992年，巴西学者提出一种二极管钳位三电平直流变换器，该电路如图1所示。图1电路中，4只自关断器件串行连接，通过直流母线电容Cinl、Cin2和钳位二极管DcdlAcd2均衡自关断器件的电压应力，从而使每个自关断器件的电压应力为输入电压的一半，该电路可广泛应用于高压直流变换领域。但该电路有一个不足之处，即输出滤波器前电压在Uin/2kT和O之间跳变，输出谐波含量大，导致输出滤波器体积大，影响装置整体的功率密度。与此同时，当输出滤波器前电平为O时，输入电流断续，导致较大的输入电流纹波，从而需要较大的输入EMI滤波器抑制输入电流纹波。
【发明内容】
[0004]为了解决上述问题，本发明提出一种极低输出电压纹波二极管钳位七电平直流变换器，可有效减小输入、输出滤波器的体积。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0006]极低输出电压纹波二极管钳位多电平直流变换器，包括三电平不对称半桥直流变换器，所述三电平不对称半桥直流变换器包括自关断器件组、均压电路、高频变压器T1以及输出整流滤波单元，
[0007]所述自关断器件组包括自关断器件S1、S2、S3、S4, S1、S2、S3、S4之间通过发射极与集电极的连接而依次串联，其中S1的集电极与直流电源的正端连接，S4的发射极与直流电源的负端连接，每一个自关断器件还反并联一个二极管；
[0008]所述均压电路包括连接在直流电源正负端之间的串联的两个电容Cinl和C 1112;还包括连接在射极与S 3发射极之间的两个相串联的钳位二极管D dl与D。12，其中DdlW正端与S3发射极连接，D。12的负端与S i发射极连接，D dl与D。12的连接点与C inl和C in2的连接点连通；还包括连接在S1*射极与S 3发射极之间浮动电容C aa；
[0009]所述高频变压器T1的原边绕组的同名端通过隔直电容C&与S i发射极连接，所述高频变压器T1的原边绕组的异名端与直流电源负端连接，所述高频变压器T1的副边绕组通过整流滤波单元输出直流，
[0010]其特殊之处在于:
[0011]所述多电平直流变换器还包括四只自关断器件S5、S6、S7、S8，两个变压器T#P T 3,每只自关断器件还反并联一个二极管，
[0012]自关断器件S5、S6、S7、S8、S2、S3形成三相逆变半桥电路，S5、S6为一个单相逆变半桥电路的两个桥臂，s7、s8为一个单相逆变半桥电路的两个桥臂，S 2、s3为一个单相逆变半桥电路的两个桥臂，
[0013]所述T#P T 3的原边绕组的异名端均与S 7、S8的连接点连接，所述T 2的原边绕组的同名端与S2、S3的连接点连接，所述T 3的原边绕组的同名端与S 7、38的连接点连接，
[0014]所述TJP T 3的副边绕组与T i的副边绕组相串联通过整流滤波单元输出直流。
[0015]上述整流滤波单元包括二极管全桥整流电路和LC滤波电路，所述TjP T 3的副边绕组与T1的副边绕组相串联后依次通过二极管全桥整流电路和LC滤波电路整输出直流。
[0016]一种直流电源，其特殊之处在于:包括三相交流电源、二极管整流电路、直流变换器，所述三相交流电源通过二极管整流电路与直流变换器连接，所述直流变换器的结构如上所述。
[0017]上述二极管整流电路为三相桥式二极管不控整流单元。
[0018]本发明与现有技术相比，有益效果是:
[0019]1、本发明通过不同开关模式的组合，在变压器副边得到Uin/2kT、Uin/3kT、Uin/6kT、0、-Uin/2kT、-Uin/3kT、-Uin/6M^ 7个电平，因此本发明从输出波形看是7电平输出多电平直流变换器，可极大的降低输出滤波器前的电压谐波含量，因此输出滤波器的体积可以大大降低，提闻系统动态；
[0020]2、本发明的电路正常工作时，输出滤波器前不含O电平，输入电流始终连续。因此，本发明所涉及电路所需的输入EMI滤波器也远远小于图1所示的电路。该电路可广泛应用于高输入电压且对动态要求较高直流电源领域，例如高压磁铁加速器电源。
[0021]3、本发明直流变换器拓扑结构简单，所用器件少。
【附图说明】
[0022]图1巴西学者所提出二极管钳位三电平电路。
[0023]图2本发明提出的电路拓扑。
[0024]图3本发明提出电路拓扑的输出滤波器先后电压示意。
[0025]图4是实施例中变压器副边工作在3Uin/2kT模式下导通原理图。
[0026]图5是实施例中变压器副边工作在Uin/kT模式下导通原理图。
[0027]图6是实施例中变压器副边工作在Uin/2kT模式下导通原理图。
[0028]图7是实施例中变压器副边工作在O模式下导通原理图。
[0029]图8是实施例中变压器副边工作在_3Uin/2kT模式下导通原理图。
[0030]图9是实施例中变压器副边工作在_Uin/kT模式下导通原理图。
[0031]图10是实施例中变压器副边工作在_Uin/2kT模式下导通原理图。
[0032]图11是实施例中变压器副边工作在O模式下导通原理图。
[0033]图12是实施例1的电路结构图。
【具体实施方式】
[0034]下面根据实施例详细说明本发明的结构和工作原理。
[0035]本例是采用极低输出电压纹波二极管钳位三电平直流变换器的开关电源主电路拓扑:
[0036]其变压器原边电路特征是:直流输入正极与S1的集电极以及C inl的一端连接于I ;Cinl的另一端与C in2的一端、D dl的阳极以及D。12的阴极连接于2 ;直流输入负极与C in2的另一端、S4的发射极以及变压器T 1原边绕组T lp的非同名端连接于3 ；S i的发射极与S 2的集电极、S5的集电极、S 7的集电极、C ss的一端以及D dl的阴极连接于4 ；S 7的发射极与S 8的集电极以及变压器1~3原边绕组T 31)的同名端连接于5 ；S 8的发射极与S 6的发射极、S 3的集电发射极、S4的集电极、C ss的另一端以及D。12的阳极连接于6 ；S 5的发射极与S 6的集电极、变压器丁3原边绕组T 31)的非同名端以及变压器T 2原边绕组T 2P的非同名端连接于7 ；S 2的发射极与&的集电极、变压器T 2原边绕组T 2P的同名端以及C&的一端连接于8 ;C%的另一端与变压器!\原边绕组T 15的同名端连接于9。
[0037]变压器副边电路特征是:
[0038]DjP D。2的阴极与L。的一端连接于10 ;L。的一端与C。的一端连接于11 J1副边绕组Tls的同名端与D &的阳极以及D。2的阴极连接与12 ；T 边绕组T ls的非同名端与T 2副边绕组T2s的同名端连接于13 ;T2副边绕组T2s的非同