专利名称：三相输入非隔离式变换器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及变换器，更具体地说，涉及一种转换效率高、结构简单、 易于控制的三相输入非隔离式变换器。
背景技术：
1891年世界上第一台三相交流发电机在德国劳芬发电厂投运，并完成了 第一条从劳芬到法兰克福的三相交流输电线路，三相制在世界电力系统中得 到广泛采用，主要是它在发电、输电和用电等方面有许多优点。例如在发电 机尺寸相同的情况下，三相发电机比单相发电机的输出功率高；三相电动机 比单相电动机性能平稳可靠；在输送电能时，在相同电气技术指标下，三相 制比单相制可节约有色金属大约25%。由于中高功率等级的三相转换器比单 相转换器对电网产生的污染更大，因此三相功率因素校正(PFC)技术成为电 力电子技术、电气自动化技术及电力系统研究领域的热点。与技术成熟的单 相功率因数校正相比，三相PFC目前还处在研究阶段。而现有的三相PFC电 路控制较难、装置较复杂，体积大成本高，因此需要进一步优化三相PFC电 路的拓扑。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一 种转换效率高、结构简单、易于控制的三相输入非隔离式变换器。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种三相输入非 隔离式变换器，包括三相PFC整流电路和对称双BUCK降压电路，所述三相PFC 整流电路的输出端耦合到所述对称双BUCK降压电路的输入端。
在本实用新型所述的三相输入非隔离式变换器中，所述三相PFC整流电
路是三相六开关管三电平PFC整流电路，所述三相六开关管三电平PFC整流
电路包括整流电路、整流桥和开关电路，所述整流电路连接在三相电源输出
端和整流桥的输入端之间，所述整流桥的输出端连接到对称双BUCK降压电路
的第一、第三输入端之间，所述开关电路连接在整流电路的输出端和对称双
BUCK降压电路的第二输出端之间。
优选的，所述整流电路包括电感L1、 L2、 L3，所述整流桥包括二极管D1、
D2、 D3、 D4、 D5、 D6;
其中，所述二极管D1、 D2、 D3的阴极均连接到对称双BUCK降压电路的
第一输入端，所述二极管Dl、 D2、 D3的阳极分别连接到电感Ll、 L2、 L3 —
端并分别连接到二极管D4、 D5、 D6的阴极；
电感L1、 L2、 L3另一端分别连接到电源a相、b相和c相输出端； 二极管D4、 D5、 D6的阳极均连接到对称双BUCK降压电路的第三输入端。 优选的，所述开关电路包括M0S管Q1、 Q2、 Q3、 Q4、 Q5和Q6; 其中，M0S管Ql和Q2源极相互连接，M0S管Ql的漏极连接到二极管Dl
的阳极，M0S管Q2的漏极连接到对称双BUCK降压电路的第二输入端；
MOS管Q3和Q4源极相互连接,MOS管Q3的漏极连接到二极管D2的阳极，
MOS管Q4的漏极连接到对称双BUCK降压电路的第二输入端；
M0S管Q5和Q6源极相互连接,MOS管Q5的漏极连接到二极管D3的阳极，
MOS管Q6的漏极连接到对称双BUCK降压电路的第二输入端。
优选的，所述开关电路还包括二极管D7、 D8、 D9、 DIO、 Dll和D12; 其中，二极管D7的阳极和阴极分别与M0S管Ql的源极和漏极连接； 二极管D8的阳极和阴极分别与M0S管Q2的源极和漏极连接； 二极管D9的阳极和阴极分别与MOS管Q3的源极和漏极连接； 二极管D10的阳极和阴极分别与M0S管Q4的源极和漏极连接； 二极管Dll的阳极和阴极分别与M0S管Q5的源极和漏极连接； 二极管D12的阳极和阴极分别与MOS管Q6的源极和漏极连接。. 优选的，所述开关电路包括IGBT管V1、 V2、 V3、 V4、 V5、 V6; 其中，IGBT管VI和V2的发射极相互连接，IGBT管VI的集电极连接到
二极管Dl的阳极，IGBT管V2的集电极连接到对称双BUCK降压电路的第二输 入端；
IGBT管V3和V4的发射极相互连接，IGBT管V3的集电极连接到二极管 D2的阳极，IGBT管V4的集电极连接到对称双BUCK降压电路的第二输入端；
IGBT管V5和V6的发射极相互连接，IGBT管V5的集电极连接到二极管 D3的阳极，IGBT管V6的集电极连接到对称双BUCK降压电路的第二输入端。 优选的，所述开关电路还包括二极管D7、 D8、 D9、 DIO、 D11和D12; 其中，二极管D7的阳极和阴极分别与IGBT管VI的发射极和集电极连接； 二极管D8的阳极和阴极分别与IGBT管V2的发射极和集电极连接； 二极管D9的阳极和阴极分别与IGBT管V3的发射极和集电极连接； 二极管D10的阳极和阴极分别与IGBT管V4的发射极和集电极连接； 二极管Dll的阳极和阴极分别与IGBT管V5的发射极和集电极连接； 二极管D12的阳极和阴极分别与IGBT管V6的发射极和集电极连接。 在本实用新型所述的三相输入非隔离式变换器中，所述三相PFC整流电 路是三相三开关管两电平PFC整流电路，所述三相三开关管两电平PFC整流 电路包括整流电路和整流桥，所述整流电路连接在三相电源输出端和整流桥 的输入端之间，整流桥的输出端连接到对称双BUCK降压电路的输入端，在所 述整流桥的上半臂或下半臂使用开关管。
优选的，所述整流桥包括二极管D1、 D2、 D3, M0S管Q1、 Q2、 Q3; 其中，二极管D1、 D2、 D3的阴极均连接到对称双BUCK降压电路的第一 输入端，二极管D1、 D2、 D3的阳极分别与MOS管Ql、 Q2、 Q3的漏极连接； M0S管Q1、 Q2、 Q3的源极均连接到对称双BUCK降压电路的第二输入端。
在本实用新型所述的三相输入非隔离式变换器中，优选的，所述对称双 BUCK降压电路包括M0S管S1、 S2, 二极管D21、 D22，电感Lll、 L12;
其中，M0S管Sl的源极与二极管D21的阴极连接，同时连接到电感Lll 的一端；M0S管S2的源极与二极管D22的阳极连接，同时连接到电感L12的 一端；二极管D21的阳极与二极管D22的阴极连接。
实施本实用新型的三相输入非隔离式变换器，具有以下有益效果不但
可以较大幅度提高非隔离变换器的转换效率，减少续流损耗，而且具有结构 简单，易于控制等优点。
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中 图1是本实用新型三相输入非隔离式变换器一实施例的电路框图； 图2是图1所示的三相输入非隔离式变换器的电路原理图； 图3是图1所示的三相输入非隔离式变换器的电路原理图； 图4是图1所示的三相输入非隔离式变换器的电路原理图。
具体实施方式
本实用新型的技术方案主要是针对现有技术中，不存在结构简单，易于 控制的三相输入非隔离式变换器。如图1所示，在本实用新型的三相输入非 隔离式变换器一实施例中，包括三相PFC整流电路1和对称双BUCK降压电路 2,其中，三相PFC整流电路的输出端耦合到所述对称双BUCK降压电路的输 入端，三相输入可以是三相三线或三相四线，前级的三相PFC整流电路1可 以输出三电平直流高压或两电平直流高压，而后级的对称双BUCK降压电路2 相应地将三相PFC整流电路1产生的高压降压成合适的三电平或两电平电压， 进一步地，对称双BUCK降压电路2主要是由两个对称BUCK电路组成，包括 最基本的BUCK型以及其变形的BUCK电路。在实施中，对于前级的三相PFC 整流电路1和后级的对称双BUCK降压电路2可继续包括但不限于组合进去相 关EMC电路、检测电路和控制电路等。
如图2、 3所示，对于三电平的情况，三相PFC整流电路1可以是三相六 开关管三电平PFC整流电路，其包括整流电路11、整流桥12和开关电路13， 整流电路11连接在三相电源输出端和整流桥12的输入端之间，整流桥12的 输出端连接到对称双BUCK降压电路2的第一、第三输入端(正负电位)之间， 开关电路13连接在整流电路11的输出端和对称双BUCK降压电路2的第二输 出端(零电位)之间。
如图2所示，在实施中，整流电路12包括电感L1、 L2、 L3，整流桥包括 二极管D1、 D2、 D3、 D4、 D5、 D6;其中，二极管D1、 D2、 D3的阴极均连接到 对称双BUCK降压电路的第一输入端，二极管D1、 D2、 D3的阳极分别连接到 电感L1、 L2、 L3—端并分别连接到二极管D4、 D5、 D6的阴极；电感L1、 L2、 L3另一端分别连接到电源a相、b相和c相输出端；二极管D4、 D5、 D6的阳 极均连接到双BUCK降压电路2的第三输入端。开关电路13包括MOS管Ql、 Q2、 Q3、 Q4、 Q5和Q6;其中，M0S管Ql和Q2源极相互连接，M0S管Ql的漏 极连接到二极管Dl的阳极，M0S管Q2的漏极连接到对称双BUCK降压电路2 的第二输入端；MOS管Q3和Q4源极相互连接，MOS管Q3的漏极连接到二极 管D2的阳极，M0S管Q4的漏极连接到对称双BUCK降压电路2的第二输入端； MOS管Q5和Q6源极相互连接，M0S管Q5的漏极连接到二极管D3的阳极，M0S 管Q6的漏极连接到对称双BUCK降压电路2的第二输入端。
如图2所示，优选的，开关电路13还包括二极管D7、 D8、 D9、 DIO、 Dll 和D12;其中，二极管D7的阳极和阴极分别与MOS管Ql的源极和漏极连接； 二极管D8的阳极和阴极分别与M0S管Q2的源极和漏极连接；二极管D9的阳 极和阴极分别与M0S管Q3的源极和漏极连接；二极管D10的阳极和阴极分别 与M0S管Q4的源极和漏极连接；二极管Dll的阳极和阴极分别与M0S管Q5 的源极和漏极连接；二极管D12的阳极和阴极分别与M0S管Q6的源极和漏极 连接。
如图3所示，对于开关电路13的另一具体实施方式
，其包括IGBT管VI、 V2、 V3、 V4、 V5、 V6;其中，IGBT管VI和V2的发射极相互连接，IGBT管VI 的集电极连接到二极管Dl的阳极，IGBT管V2的集电极连接到对称双BUCK 降压电路2的第二输入端；IGBT管V3和V4的发射极相互连接，IGBT管V3 的集电极连接到二极管D2的阳极，IGBT管V4的集电极连接到对称双BUCK 降压电路2的第二输入端；IGBT管V5和V6的发射极相互连接，IGBT管V5 的集电极连接到二极管D3的阳极，IGBT管V6的集电极连接到对称双BUCK 降压电路2的第二输入端。优选的，该开关电路13还包括二极管D7、 D8、 D9、 DIO、 D11和D12;其中，二极管D7的阳极和阴极分别与IGBT管V1的发射极
和集电极连接；二极管D8的阳极和阴极分别与IGBT管V2的发射极和集电极 连接；二极管D9的阳极和阴极分别与IGBT管V3的发射极和集电极连接；二 极管D10的阳极和阴极分别与IGBT管V4的发射极和集电极连接；二极管Dll 的阳极和阴极分别与IGBT管V5的发射极和集电极连接；二极管D12的阳极 和阴极分别与IGBT管V6的发射极和集电极连接。
对于图2、 3所示的实施方式中，还可在开关电路13的后端接两个大电 容Cl和C2,以得到较为平直的直流电压，另外，由于电路的对称性，电容 Cl和C2的中点电位与电网中点的电位近似相同，因而通过开关管可分别控制 对应相上的电流。其工作原理为开关合上时对应相上的电流幅值增大，开关 断开时对应桥臂上的二极管导通，即电流为正时，上臂二极管导通；电流为 负时，下臂二极管导通。另外，在实施中，每一相所对应的开关管也可以只 设置一个，这时可进一步简化电路拓扑，更容易控制及降低成本。
如图4所示，对于两电平的情况，三相PFC整流电路1可以是三相三开 关管两电平PFC整流电路，其包括整流电路11和整流桥12,整流电路ll连 接在三相电源输出端和整流桥12的输入端之间，整流桥12的输出端连接到 对称双BUCK降压电路2的输入端，其中，可以用三个开关管取代整流桥12 上半臂或下半臂的整流二极管。在这种情况下，开关关断时，电流只通过两 个半导体器件，减小了损耗，提高了效率。具体实施为，整流桥12包括二极 管D1、 D2、 D3， M0S管Q1、 Q2、 Q3;其中，二极管D1、 D2、 D3的阴极均连接 到对称双BUCK降压电路的第一输入端，二极管D1、 D2、 D3的阳极分别与M0S 管Ql、 Q2、 Q3的漏极连接；M0S管Ql、 Q2、 Q3的源极均连接到对称双BUCK
降压电路的第二输入端。
如图2、 3、 4所示，对于对称双BUCK降压电路2最简单的实施方式，就 是使用最基本的BUCK型进行设计，其包括M0S管S1、 S2, 二极管D21、 D22, 电感Lll、 L12;其中，M0S管S1的源极与二极管D21的阴极连接，同时连接 到电感Lll的一端；MOS管S2的源极与二极管D22的阳极连接，同时连接到 电感L12的一端；二极管D21的阳极与二极管D22的阴极连接。
对于电路中的各个开关管的控制端均连接到外围控制电路。 实施例进行说明的，本领域技术人员应当明 白，在不脱离本实用新型范围的情况下，还可以对本实用新型进行各种变换 及等同替代。另外，针对特定情形或具体情况，可以对本实用新型做各种修 改，而不脱离本实用新型的范围。因此，本实用新型不局限于所公开的具体 实施例，而应当包括落入本实用新型权利要求范围内的全部实施方式。
权利要求1、一种三相输入非隔离式变换器，其特征在于，包括三相PFC整流电路和对称双BUCK降压电路，所述三相PFC整流电路的输出端耦合到所述对称双BUCK降压电路的输入端。
2、 根据权利要求1所述的三相输入非隔离式变换器，其特征在于，所述 三相PFC整流电路是三相六开关管三电平PFC整流电路，所述三相六开关管 三电平PFC整流电路包括整流电路、整流桥和开关电路，所述整流电路连接 在三相电源输出端和整流桥的输入端之间，所述整流桥的输出端连接到对称 双BUCK降压电路的第一、第三输入端之间，所述开关电路连接在整流电路的 输出端和对称双BUCK降压电路的第二输出端之间。
3、 根据权利要求2所述的三相输入非隔离式变换器，其特征在于，所述 整流电路包括电感Ll、 L2、 L3,所述整流桥包括二极管Dl、 D2、 D3、 D4、 D5、 D6;其中，所述二极管D1、 D2、 D3的阴极均连接到对称双BUCK降压电路的 第一输入端，所述二极管Dl、 D2、 D3的阳极分别连接到电感Ll、 L2、 L3 — 端并分别连接到二极管D4、 D5、 D6的阴极；电感L1、 L2、 L3另一端分别连接到电源a相、b相和c相输出端； 二极管D4、 D5、 D6的阳极均连接到对称双BUCK降压电路的第三输入端。
4、 根据权利要求3所述的三相输入非隔离式变换器，其特征在于，所述 开关电路包括M0S管Q1、 Q2、 Q3、 Q4、 Q5和Q6;其中，M0S管Ql和Q2源极相互连接，M0S管Ql的漏极连接到二极管Dl 的阳极，M0S管Q2的漏极连接到对称双BUCK降压电路的第二输入端；M0S管Q3和Q4源极相互连接,MOS管Q3的漏极连接到二极管D2的阳极， M0S管Q4的漏极连接到对称双BUCK降压电路的第二输入端；MOS管Q5和Q6源极相互连接,MOS管Q5的漏极连接到二极管D3的阳极， M0S管Q6的漏极连接到对称双BUCK降压电路的第二输入端。
5、 根据权利要求4所述的三相输入非隔离式变换器，其特征在于，所述 开关电路还包括二极管D7、 D8、 D9、 DIO、 Dll和D12;其中，二极管D7的阳极和阴极分别与M0S管Ql的源极和漏极连接； 二极管D8的阳极和阴极分别与M0S管Q2的源极和漏极连接； 二极管D9的阳极和阴极分别与M0S管Q3的源极和漏极连接； 二极管D10的阳极和阴极分别与MOS管Q4的源极和漏极连接； 二极管Dll的阳极和阴极分别与M0S管Q5的源极和漏极连接； 二极管D12的阳极和阴极分别与M0S管Q6的源极和漏极连接。
6、 根据权利要求3所述的三相输入非隔离式变换器，其特征在于，所述 开关电路包括IGBT管V1、 V2、 V3、 V4、 V5、 V6;其中，IGBT管VI和V2的发射极相互连接，IGBT管VI的集电极连接到 二极管Dl的阳极，IGBT管V2的集电极连接到对称双BUCK降压电路的第二输 入端5IGBT管V3和V4的发射极相互连接，IGBT管V3的集电极连接到二极管 D2的阳极，IGBT管V4的集电极连接到对称双BUCK降压电路的第二输入端；IGBT管V5和V6的发射极相互连接，IGBT管V5的集电极连接到二极管 D3的阳极，IGBT管V6的集电极连接到对称双BUCK降压电路的第二输入端。
7、 根据权利要求6所述的三相输入非隔离式变换器，其特征在于，所述 开关电路还包括二极管D7、 D8、 D9、 DIO、 Dll和D12;其中，二极管D7的阳极和阴极分别与IGBT管VI的发射极和集电极连接； 二极管D8的阳极和阴极分别与IGBT管V2的发射极和集电极连接； 二极管D9的阳极和阴极分别与IGBT管V3的发射极和集电极连接； 二极管D10的阳极和阴极分别与IGBT管V4的发射极和集电极连接； 二极管Dll的阳极和阴极分别与IGBT管V5的发射极和集电极连接； 二极管D12的阳极和阴极分别与IGBT管V6的发射极和集电极连接。
8、 根据权利要求1所述的三相输入非隔离式变换器，其特征在于，所述 三相PFC整流电路是三相三开关管两电平PFC整流电路，所述三相三开关管 两电平PFC整流电路包括整流电路和整流桥，所述整流电路连接在三相电源输出端和整流桥的输入端之间，整流桥的输出端连接到对称双BUCK降压电路 的输入端，在所述整流桥的上半臂或下半臂使用开关管。
9、 根据权利要求8所述的三相输入非隔离式变换器，其特征在于，所述 整流桥包括二极管D1、 D2、 D3， M0S管Q1、 Q2、 Q3;其中，二极管D1、 D2、 D3的阴极均连接到对称双BUCK降压电路的第一 输入端，二极管D1、 D2、 D3的阳极分别与MOS管Ql、 Q2、 Q3的漏极连接； M0S管Q1、 Q2、 Q3的源极均连接到对称双BUCK降压电路的第二输入端。
10、 根据权利要求1 9任一所述的三相输入非隔离式变换器，其特征在 于，所述对称双BUCK降压电路包括MOS管Sl、 S2, 二极管D21、 D22，电感 Lll、 L12;其中，M0S管Sl的源极与二极管D21的阴极连接，同时连接到电感Lll 的一端；M0S管S2的源极与二极管D22的阳极连接，同时连接到电感L12的 一端；二极管D21的阳极与二极管D22的阴极连接。
专利摘要本实用新型涉及一种三相输入非隔离式变换器，包括三相PFC整流电路和对称双BUCK降压电路，所述三相PFC整流电路的输出端耦合到所述对称双BUCK降压电路的输入端。本实用新型的三相输入非隔离式变换器不但可以较大幅度提高非隔离变换器的转换效率，减少续流损耗，而且具有结构简单，易于控制等优点。
文档编号H02M3/155GK201194372SQ20082009345
公开日2009年2月11日 申请日期2008年4月18日 优先权日2008年4月18日
发明者坤 吴, 高奇峰 申请人:艾默生网络能源有限公司