专利名称：三电平直流变换器的制作方法
技术领域：
本发明公开了三电平直流变换器，属于电力电子器件的技术领域。
背景技术：
近年来随着对电力电子技术的深入研究，人们对使用市电的功率变换装置的用电质量提出了越来越严格的要求。国际电工委员会已经制定了标准IEC61000-3-2，对谐波含量进行限制。这样电气装置就有必要采用功率因数校正技术。中、大功率的高频开关电源一般为三相380VAC±20%输入，整流后的直流母线电压最高将会达到640V左右；如果采用三相功率因数技术，直流母线电压通常会达到760-800V，甚至会高达上千伏，这就使得后级直流变换器中开关管的电压应力大大增加，给器件的选取带来了困难。三电平变换器是通过增加开关管的数量来降低变换器中开关管的电压应力，使之 适用于输入电压高的场合。半桥三电平变换器是最早提出的隔离型三电平变换器之一，它具有电路结构简单，可以实现软开关，开关频率恒定等优点，因而得到广泛应用。现有的三电平变换器具有点了复杂，操作繁琐，功率开关管应力打的缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了三电平直流变换器。本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案
三电平直流变换器，包括分压电路、三电平电路、直流变换器，所述分压电路的输入端接是直流电压源，输出端接三电平电路的输入端；所述三电平电路的输出端接直流变换器的输入端；所述直流变换器的输出端接滤波电路。所述三电平直流变换器中，直流变换器为全桥变换器或者半桥变换器。所述三电平直流变换器中，三电平电路为二极管钳位型三电平逆变电路。本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果
(1)所有开关管的电压应力均为输入电压的一半，适用于高压输入场合；
(2)采用半桥直流变换器或全桥直流变换器，简化了电路构成；
(3)可采用传统的PWM控制或移相控制策略，简单易行。
图I为三电平直流变换器的电路图。图2为采用全桥变换器构成的三电平直流变换器。图3为采用半桥变换器构成的三电平直流变换器。图4至图9为采用半桥变换器构成的三电平直流变换器在6个开关模态的等效电路结构不意图。图中标号说明=Q1-Q6为第一三极管至第六三极管,C1-C6为第一开关管寄生电容至第六开关管寄生电容，D1-D6为第一开关管体二极管至第六开关管二极管，Cdl-Cd4S第一分压电容至第四分压电容，Css为飞跨电容，Dfl, Df2分别为第一续流二极管、第二续流二极管，Llk为寄生电感，Tr为隔离变压器，Dei,De2分别为第一整流二极管、第二整流二极管，Lf为输出滤波电感，Cf为输出滤波电容，Rld为负载。
具体实施例方式下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明
如图I所示，三电平直流变换器包括分压电路I，二极管钳位型三电平逆变电路2，桥式变换器3。分压电路I的输入端接是直流电压源Vin，输出端接二极管钳位型三电平逆变电路2的输入端；二极管钳位型三电平逆变电路2的输出端接桥式变换器3的输入端；桥式变换器3的输出端接滤波电路4。分压电路I为第一分压电容Cdl、第二分压电容Cd2组成的串联支路，直流电压源Vin 并联在串联支路两端。二极管钳位型三电平逆变电路2包括串联连接的第一三极管Q1、第一续流二极管Dfl、第二续流二极管Df2、第二三极管Q2。第一三极管Q1的集电极、第二三极管Q2的集电极与分压电路的两端子连接，第一续流二极管Dfl、第二续流二极管Df2串联支路的中点与第一分压电容Cdl、第二分压电容Cd2串联支路的中点连接。第一三极管Ql的集电极与发射极之间接有第一开关管体二极管D1、第一开关管寄生电容C1，第二三极管Q2的集电极与发射极之间接有第二开关管体二极管D2、第二开关管寄生电容C2。飞跨电容Css并接在桥式变换器3输入端的两端子之间。输出滤波电路包括串联连接的输出滤波电感Lf、输出滤波电容Cf,负载Rld并联在输出滤波电容Cf的两极。采用全桥变换器构成的三电平直流变换器如图2所示，半桥变换器有两个桥臂一个桥臂由第五三极管Q5、第六三极管Q6串联连接组成，其中点经过寄生漏感Llk后与隔离变压器I；原边绕组的一个端子连接；另一个桥臂由第三三极管Q3、第四三极管Q4串联连接组成，其中点与隔离变压器I；原边绕组的另一个端子连接。隔离变压器I；副边绕组的两个端子分别接第一整流二极管Dki、第二整流二极管Dk2，第一整流二极管Dki阴极与第二整流二极管Dk2阴极连接后接输出滤波电感Lf的一端，输出滤波电感Lf的另一端接输出滤波电容4的一极，隔离变压器I；副边绕组的中间抽头接输出滤波电容4的另一极。第三三极管Q3的集电极和发射极之间接有第三开关管体二极管D3、第三开关管寄生电容C3 ;第四三极管94的集电极和发射极之间接有第四开关管体二极管D4、第四开关管寄生电容C4 ;第五三极管Q5的集电极和发射极之间接有第五开关管体二极管D5、第五开关管寄生电容C5 ;第六三极管Q6的集电极和发射极之间接有第六开关管体二极管D6、第六开关管寄生电容C6。采用半桥变换器构成的三电平直流变换器如图3所示，半桥变换器有两个桥臂一个桥臂由第三分压电容Cd3、第四分压电容Cd4串联连接组成，其中点经过寄生漏感Llk后与隔离变压器Tr原边绕组的一个端子连接；另一个桥臂由第三三极管Q3、第四三极管Q4串联连接组成，其中点与隔离变压器I；原边绕组的另一个端子连接。隔离变压器I；副边绕组的两个端子分别接第一整流二极管Dki、第二整流二极管Dk2，第一整流二极管Dki阴极与第二整流二极管Dk2阴极连接后接输出滤波电感Lf的一端，输出滤波电感Lf的另一端接输出滤波电容Cf的一极，隔离变压器I；副边绕组的中间抽头接输出滤波电容Cf的另一极。现在对采用板桥变换器的三电平直流变换器做开关模态的分析
在分析之前，作如下假设①所有开关管和二极管均为理想器件；②所有电感、电容和隔离变压器均为理想组件；③飞跨电容Css足够大，稳态时其电压为Vin/2 第三分压电容Cd3和第四分压电容Cd4容量很大且相等，其电压均为飞跨电容Css电压的一半，即Vcd3=Vcd4=Vin/4。I.开关模态I [tQ以前][对应于图4]
t0以前，第一三极管Q1和第三三极管Q3导通，原边电流ip流经第一分压电容Cdl、第一三极管Q1、第三三极管Q3、隔离变压器I；原边绕组、第四分压电容Cd4和第二续流二极管Df20 A B两点间电压Vba= Vin/4。第一整流管Dki导通，原边向副边提供能量。2.开关模态2 [t0-tj [对应于图5]·
t0时刻关断第三三极管Q3, ip从第三三极管Q3转移至第三开关管寄生电容C3、第四开关管寄生电容C4支路中，给第三开关管寄生电容C3充电，给第四开关管寄生电容C4放电。在第三开关管寄生电容C3、第四开关管寄生电容C4的缓冲作用下，第三三极管Q3近似为零电压关断，A B两点间电压vBA下降。到^时刻，第三开关管寄生电容(3的电压升至Vin/2，第四开关管寄生电容C4的电压降至零，第四开关管体二极管队自然导通。A B两点间电压Vba和副边整流电压Vrat均下降至零。3.开关模态3 [trt2][对应于图6]
副边整流电压Vrert下降至零后，第二整流二极管Dk2导通，隔离变压器I；副边短路，隔离变压器I；原边电压也为零。第四分压电容两端电压Vcd4加在变压器漏感Llk上，ip开始线性下降，并不足以提供负载电流，副边整流管同时导通。4.开关模态4 [t2-t4][对应于图7]
ip下降至零后，忽略中间的谐振过程，ip将维持在零。副边整流管同时导通，共同提供负载电流。第一三极管Q1关断后，电路工作状态不变。5.开关模态5 [t4-t5][对应于图8]
在该时段同时开通第二三极管Q2和第四三极管Q4,变压器原边漏感Llk两端电压为Vin/4, “在该电压作用下反向线性上升，但仍不足以提供负载电流，副边整流管依旧同时导通。6.开关模态6 [t5-t6][对应于图9]
到t5时刻，原边电流反向增加到折算至原边的负载电流，第一整流管Dki关断，第二整流管Dk2流过全部负载电流。变换器进入后半周期，工作情况与上述的半个周期类似。由以上描述可知，本发明提出的三电平直流变换器具有如下优点
(1)所有开关管的电压应力均为输入电压的一半，适用于高压输入场合；
(2)采用半桥直流变换器或全桥直流变换器，简化了电路构成；
(3)可采用传统的PWM控制或移相控制策略，简单易行。
权利要求
1.三电平直流变换器，包括分压电路、三电平电路、直流变换器，其特征在于所述分压电路的输入端接是直流电压源，输出端接三电平电路的输入端；所述三电平电路的输出端接直流变换器的输入端；所述直流变换器的输出端接滤波电路。
2.根据权利要求I所述的三电平直流变换器，其特征在于所述直流变换器为全桥变换器或者半桥变换器。
3.根据权利要求I或2所述的的三电平直流变换器，其特征在于所述三电平电路为二极管钳位型三电平逆变电路。
全文摘要
本发明公开了三电平直流变换器，属于电力电子器件的技术领域。所述三电平直流变换器包括分压电路、三电平电路、直流变换器，其特征在于所述分压电路的输入端接是直流电压源，输出端接三电平电路的输入端；所述三电平电路的输出端接直流变换器的输入端；所述直流变换器的输出端接滤波电路。本发明采用半桥直流变换器或全桥直流变换器，简化了电路构成；所有开关管的电压应力均为输入电压的一半，适用于高压输入场合；用传统的PWM控制或移相控制策略，操作简单易行。
文档编号H02M7/483GK102891602SQ20121036671
公开日2013年1月23日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者檀三强, 肖练, 朱忠伟, 季程荣 申请人:江苏银佳企业集团有限公司